迈向更好地理解分子动力学的更好一步

2022-01-28 18:56:00董秀茗导读EPFL研究人员在古典物理学和量子物理学之间的边界上工作，他们已经开发出一种方法来快速发现具有特别有趣的地理动力电子性质的分子。激光技术使科

EPFL研究人员在古典物理学和量子物理学之间的解分边界上工作，他们已经开发出一种方法来快速发现具有特别有趣的更好电子性质的分子。

激光技术使科学家对分子结构的地理动力研究更加紧密，这有时会带来非常有趣的解分惊喜。在EPFL的更好理论物理化学实验室(LCPT)中，一个研究团队对多原子分子(由几个原子组成的地理动力分子)的动力学进行了研究，发现了这样一个惊喜。解分他们发现这些分子中的更好电子的移动与孤立原子中所预期的移动完全不同。

在孤立的地理动力原子中，电子密度的解分振荡是规则的，但是更好在大多数多原子分子中，振荡很快被衰减。地理动力此过程称为退相干。解分但是，在某些分子中，振荡会在退相干出现之前持续更长的时间。EPFL研究人员开发了一种方法，可以捕获退相干背后的物理机制，从而使他们能够识别具有长相干性的分子。他们的方法可能会在基于电子的新技术的发展或研究生物分子中的量子效应方面引起人们的兴趣。该发现最近发表在《物理评论快报》上。

该研究的主要作者，LCPT的博士后Nikolay Golubev说：“电子运动发生的速度非常快，达到了十亿分之一秒，因此很难观察到。” 此外，电子运动与分子中的其他过程密切相关。这就是为什么研究小组将更多信息纳入他们的研究的原因：原子核动力学变慢及其对电子的影响。人们发现，在大多数分子结构中，缓慢的核重排会抑制电子的最初相干振荡，并使它们在几飞秒内消失。

半经典的方法

为了确定这种现象是否确实发生，研究人员开发了一种理论技术，用于通过超短激光脉冲使分子电离后，准确而有效地描述电子和核的动力学。他们使用了所谓的半经典方法，因为它结合了量子特征(例如同时存在多个状态)和经典特征(即引导分子波函数的经典轨迹)。这种方法使科学家能够更快地检测去相干过程，从而更容易分析许多分子，从而发现可能具有长期相干性的分子。

LCPT负责人Jiri Vanicek说：“即使使用世界上最大的超级计算机，也无法完全解决多原子分子的波函数的量子演化的Schrödinger方程式。” “半经典方法可以用仍然困难但可解决的问题代替不可解决的量子问题，并提供一种简单的解释，其中该分子可以看作是在高维景观上滚动的球。”

为了说明他们的方法，研究人员将其应用于两种化合物：丙酸(其分子表现出持久的相干性)和丙醇酰胺(丙酸衍生物)，其去相干性快。研究小组希望很快能够在数百种其他化合物上测试他们的方法。

他们的发现标志着更深入地了解分子结构和动力学的重要一步，并且将成为观察分子中长寿命电子相干性的有用工具。以对退相干过程的更好理解为后盾，科学家有一天可以例如观察分子在生物组织中的确切作用，或者创造出新型的电子电路。