2019-11-29 05:57:02
研究人员利用超冷化学可以首先了解化学反应过程中的确切情况

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在已知的宇宙中,最冷的化学反应发生在看似混乱的激光中。外观欺骗:在繁琐的组织混乱中,在比星际空间冷数百万倍的温度中,康刚妮取得了一项壮举。她迫使两个超冷分子相遇并反应,她断裂并形成了分子偶联史上最冷的键。

Ni实验室的博士后学者,今天在《科学》杂志上发表论文的第一作者胡明光说:“可能在未来几年内,我们将是唯一可以做到这一点的实验室。”五年前,Ni是莫里斯·卡恩(Morris Kahn)化学和化学生物学的副教授,也是超冷化学的先驱,他着手建立一种可以实现目前任何现有技术中最低温度化学反应的新设备。但是他们不确定他们复杂的工程能否正常工作。

现在,他们不仅做出了最冷的反应,而且发现他们的新设备甚至可以做他们未曾预料到的事情。在如此强烈的寒冷中(500纳米开尔文或仅比绝对零高出几百万分之一度),他们的分子减速到如此冰川的速度,Ni和她的团队可能看不到以前从未见过的东西:两个分子相遇的瞬间形成两个新分子。本质上,他们以最关键和最难以捉摸的行为捕获了化学反应。

化学反应实际上负责一切:呼吸,烹饪,消化,创造能量,药品和肥皂等家用产品。因此,了解它们在基本水平上的工作方式可以帮助研究人员设计世界上从未见过的组合。有了几乎无限数量的新组合,这些新分子将有无尽的应用,从更高效的能源生产到新材料,如防霉墙,甚至是量子计算机的更好构建基块。

Ni在以前的工作中使用越来越低的温度来完成这种化学魔术:从原本不会发生反应的原子中锻造出分子。冷却到这样的极限,原子和分子减速到量子爬行,即它们可能的最低能量状态。在那里,Ni可以最精确地操纵分子相互作用。但是,即使她也只能看到反应的开始:两个分子进入,但是那又如何呢?中间和最后发生的是一个只有理论可以解释的黑洞。

化学反应发生的时间仅为十亿分之一秒的百万分之一,在科学界称为飞秒。即使是当今最先进的技术,也无法捕捉到如此短暂的东西,尽管有些接近。在过去的二十年中,科学家们使用了超快激光,例如快动相机,以捕捉反应发生时的快速图像。但是他们无法捕获全部图片。倪说:“大多数时候,您只是看到反应物消失并且产物可以在可以测量的时间内出现。无法直接测量这些化学反应中实际发生的情况。”到现在。

Ni的超冷温度迫使反应达到相对麻木的速度。倪说:“因为(分子)太冷了,现在我们有点瓶颈效应了。”当她和她的团队反应了两个钾rub分子(因其柔韧性而选择)时,超冷温度迫使分子在中间阶段停留了几微秒。微秒(仅几分之一秒)可能看起来很短,但这比平时长了数百万倍,对于镍和她的团队来说,足够长的时间来研究键断裂和形成的阶段,实质上是一个分子如何变成另一个。

Ni说,有了这种亲密的见解,她和她的团队就可以检验预测反应黑洞中发生了什么的理论,以确认他们是否正确。然后,她的团队可以运用新的理论来制定新的理论,以更精确地预测其他化学反应(甚至发生在神秘的量子领域中的化学反应)发生的情况。

团队已经在探索他们在超冷测试床上还能学到的东西。接下来,例如,他们可以操纵反应物,在反应之前将其激发,以查看其增加的能量如何影响结果。或者,它们甚至可能影响反应的进行,从而轻触一个分子或另一个分子。胡锦涛说:“凭借我们的可控性,这个时间窗口足够长,我们可以进行探测。” “现在,有了这种设备,我们就可以考虑这一问题。没有这项技术,没有本文,我们甚至都无法考虑这一点。”

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