中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、趙博等與中國科學(xué)院化學(xué)所白春禮小組合作，在超冷原子分子混合氣中首次合成三原子分子，向基于超冷原子分子的量子模擬和超冷量子化學(xué)的研究邁出重要一步。該成果2月10日發(fā)表于《自然》。
量子計算和量子模擬具有強大的并行計算和模擬能力，不僅能夠解決經(jīng)典計算機無(wú)法處理的計算難題，還能有效揭示復雜物理系統的規律，從而為新能源開(kāi)發(fā)、新材料設計等提供指導。利用高度可控的超冷量子氣體來(lái)模擬復雜的難于計算的物理系統，可以對復雜系統進(jìn)行精確的全方位研究，因而在化學(xué)反應和新型材料設計中具有廣泛的應用前景。
超冷分子將為實(shí)現量子計算打開(kāi)新思路，并為量子模擬提供理想平臺。但由于分子內部的振動(dòng)轉動(dòng)能級復雜，通過(guò)直接冷卻的方法來(lái)制備超冷分子非常困難。超冷原子技術(shù)的發(fā)展為制備超冷分子提供了一條新途徑。人們可以繞開(kāi)直接冷卻分子的困難，從超冷原子氣中利用激光、電磁場(chǎng)等來(lái)合成分子。從原子和雙原子分子的混合氣中合成三原子分子，是合成分子領(lǐng)域的重要研究方向。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究小組在2019年首次觀(guān)測到超低溫下原子和雙原子分子的Feshbach共振。在Feshbach共振附近，三原子分子束縛態(tài)的能量和散射態(tài)的能量趨于一致，同時(shí)散射態(tài)和束縛態(tài)之間的耦合被大幅度地共振增強。原子分子Feshbach共振的成功觀(guān)測，為合成三原子分子提供了新機遇。
在該項研究中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究小組和中國科學(xué)院化學(xué)所研究小組合作，首次成功實(shí)現了利用射頻場(chǎng)相干合成三原子分子。在實(shí)驗中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發(fā)，制備了處于單一超精細態(tài)的鈉鉀基態(tài)分子。在鉀原子和鈉鉀分子的Feshbach共振附近，通過(guò)射頻場(chǎng)將原子分子的散射態(tài)和三原子分子的束縛態(tài)耦合在一起。他們成功地在鈉鉀分子的射頻損失譜上觀(guān)測到射頻合成三原子分子信號，并測量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。這一成果為量子模擬和超冷化學(xué)的研究開(kāi)辟了一條新道路。
我國科學(xué)家建立蛋白質(zhì)從頭設計新方法
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉海燕教授、陳泉副教授團隊基于數據驅動(dòng)原理，開(kāi)辟出一條全新的蛋白質(zhì)從頭設計路線(xiàn)，在蛋白質(zhì)設計這一前沿科技領(lǐng)域實(shí)現了關(guān)鍵核心技術(shù)的原始創(chuàng )新，為工業(yè)酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實(shí)的基礎。相關(guān)成果北京時(shí)間2月10日發(fā)表于《自然》。
蛋白質(zhì)是生命的基礎，是生命功能的主要執行者，其結構與功能由氨基酸序列所決定。目前，能夠形成穩定三維結構的蛋白質(zhì)，幾乎全部是天然蛋白質(zhì)，其氨基酸序列是長(cháng)期自然進(jìn)化形成。在天然蛋白結構功能不能滿(mǎn)足工業(yè)或醫療應用需求時(shí)，想要得到特定的功能蛋白，就需要對其結構進(jìn)行設計。近年來(lái)，國際上蛋白質(zhì)從頭設計的代表性工作主要采用RosettaDesign——使用天然結構片段作為構建模塊來(lái)拼接產(chǎn)生人工結構。然而，這種方法存在設計結果單一、對主鏈結構細節過(guò)于敏感等不足，顯著(zhù)限制了設計主鏈結構的多樣性和可變性。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)相關(guān)團隊長(cháng)期深耕計算結構生物學(xué)方向的基礎研究和應用基礎研究。施蘊渝院士是國內這一領(lǐng)域的開(kāi)拓者。劉海燕教授、陳泉副教授團隊十余年來(lái)致力于發(fā)展數據驅動(dòng)的蛋白質(zhì)設計方法。該團隊首先建立了給定主鏈結構設計氨基酸序列的ABACUS模型，進(jìn)而發(fā)展了能在氨基酸序列待定時(shí)從頭設計全新主鏈結構的SCUBA模型。理論計算和實(shí)驗證明，用SCUBA設計主鏈結構，能夠突破只能用天然片段來(lái)拼接產(chǎn)生新主鏈結構的限制，從而顯著(zhù)擴展從頭設計蛋白的結構多樣性，甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結構?！癝CUBA模型+ABACUS模型”構成了能夠從頭設計具有全新結構和序列的人工蛋白完整工具鏈，是RosettaDesign之外目前唯一經(jīng)充分實(shí)驗驗證的蛋白質(zhì)從頭設計方法，并與之互為補充。在論文中，團隊報道了9種從頭設計的蛋白質(zhì)分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質(zhì)具有不同于已知天然蛋白的新穎結構。
審稿人認為，這項工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實(shí)用性；從頭設計蛋白質(zhì)具有挑戰性，本工作中6種不同蛋白質(zhì)的高分辨率設計是一項重要成就，證明這種方法運行良好。
中國學(xué)者在籠目超導體中發(fā)現新型電子向列相
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝、吳濤和王震宇等組成的團隊，近日在籠目超導體CsV3Sb5中發(fā)現一種新型電子向列相。該發(fā)現不僅為理解籠目結構超導體中電荷密度波與超導電性之間的反常競爭提供了重要實(shí)驗證據，也為進(jìn)一步研究關(guān)聯(lián)電子體系中與非常規超導電性密切相關(guān)的交織序提供了新的研究方向。相關(guān)成果2月10日發(fā)表于《自然》。
電子向列相廣泛存在于高溫超導體、量子霍爾絕緣體等電子體系，與高溫超導電性之間存在緊密聯(lián)系，被認為是一種與高溫超導相關(guān)聯(lián)的交織序。探索具有新結構超導材料體系，從而進(jìn)一步研究超導與各種交織序的關(guān)聯(lián)是當前領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，其中一類(lèi)備受關(guān)注的體系為二維籠目結構。理論預測二維籠目體系可呈現出新奇的超導電性和豐富的電子有序態(tài)，但長(cháng)期以來(lái)缺乏合適的材料體系實(shí)現其關(guān)聯(lián)物理，籠目超導體CsV3Sb5的發(fā)現為該方向的探索提供新的研究體系。
陳仙輝團隊在前期研究中已成功揭示該體系中面內三重調制的電荷密度波態(tài)，以及電荷密度波與超導電性在壓力下的反常競爭關(guān)系。
在此基礎上，團隊結合掃描隧道顯微鏡、核磁共振以及彈性電阻三種實(shí)驗技術(shù)，發(fā)現體系在進(jìn)入超導態(tài)之前，三重調制電荷密度波態(tài)會(huì )進(jìn)一步演化為一種熱力學(xué)穩定的電子向列相，并確定轉變溫度在35開(kāi)爾文左右。新型電子向列相具有Z3對稱(chēng)性，在理論上被three state Potts模型所描述，因而又被稱(chēng)為“Potts”向列相。有趣的是，這種新型電子向列相近期在雙層轉角石墨烯體系中也被觀(guān)察到。
這一成果不僅在籠目結構超導體中揭示了一種新型電子向列相，也為理解這類(lèi)體系中超導與電荷密度波之間的競爭提供了實(shí)驗證據。此前的掃描隧道譜研究表明，CsV3Sb5體系中可能存在超導電性與電荷密度波序相互交織而形成的配對密度波態(tài)（PDW）。在超導轉變溫度之上發(fā)現的電子向列序，可以被理解成一種與PDW相關(guān)的交織序，這一結果也為理解高溫超導體中的PDW提供了重要線(xiàn)索和思路。
?。偱_記者 王利）