楊金龍

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

類似光學(xué)“楊氏雙縫干涉”，微觀粒子因其量子特性可表現(xiàn)出波動(dòng)性，繼而發(fā)生物質(zhì)波干涉。當(dāng)粒子有多條路徑通往同一終點(diǎn)時(shí)，不同路徑之間的相位差可能會造成干涉1。然而物質(zhì)波干涉在化學(xué)反應(yīng)中十分罕見，這是由于反應(yīng)物多個(gè)量子態(tài)的平均效應(yīng)而難以觀測2。近年來，得益于實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論計(jì)算方法的發(fā)展，化學(xué)家們已經(jīng)揭示了一些化學(xué)反應(yīng)中存在量子干涉的實(shí)例3-5。例如楊學(xué)明等人完成的關(guān)于水分子B~態(tài)光解的研究3。水分子B~態(tài)光解中存在兩條解離路徑，一條是HOH線性構(gòu)型的錐形交叉點(diǎn)，另一條通過HHO線性構(gòu)型的錐形交叉點(diǎn)。兩條不同路徑的干涉使得產(chǎn)物轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)存在奇偶交替的振蕩，類似于“楊氏雙縫干涉”，因而稱為“Chemical Double Slit (化學(xué)雙縫)”。

最近，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院謝代前課題組和合作者通過理論計(jì)算結(jié)合實(shí)驗(yàn)揭示了HCOA~態(tài)光解反應(yīng)中存在物質(zhì)波干涉。高分辨的實(shí)驗(yàn)觀測獲得了以前6沒觀測到的產(chǎn)物轉(zhuǎn)動(dòng)分布的振蕩結(jié)構(gòu)。量子動(dòng)力學(xué)計(jì)算重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。準(zhǔn)經(jīng)典軌線計(jì)算發(fā)現(xiàn)基態(tài)勢能面上的能壘使H原子解離過程中運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。特別地，這個(gè)能壘的形狀能使不同的軌跡偏轉(zhuǎn)到同一個(gè)角度，類似非彈性碰撞中發(fā)現(xiàn)的“彩虹效應(yīng)”7-9。不同的軌跡有不同的相位，到達(dá)空間中同一點(diǎn)或者同一個(gè)產(chǎn)物末態(tài)就會形成干涉。這種干涉使得解離產(chǎn)物CO的轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)分布上呈現(xiàn)奇偶交替的振蕩結(jié)構(gòu)。不同于H2OB~態(tài)光解，HCOA~態(tài)光解反應(yīng)不同軌跡的干涉是發(fā)生在同一個(gè)勢能面上，是由勢能面獨(dú)特形狀造成的。該研究與新墨西哥大學(xué)郭華課題組、加州大學(xué)河濱分校張勁松課題組以及密蘇里科學(xué)技術(shù)大學(xué)Richard Dawes課題組合作共同完成。

該工作發(fā)表在Science Advances上10。該工作揭示了一個(gè)由勢能面獨(dú)特結(jié)構(gòu)所造成的物質(zhì)波干涉的實(shí)例，拓寬了人們對于干涉這一問題在化學(xué)反應(yīng)中的認(rèn)識。