上周我們報道了中科院院長侯建國的Science，他們結(jié)合了掃描隧道顯微鏡(STM)、非接觸原子力顯微鏡(AFM)和尖端增強拉曼散射(TERS)在單鍵極限下確定表面物種的結(jié)構(gòu)和化學異質(zhì)性。文章的第一單位為中國科學技術(shù)大學。僅僅隔了一周，中科大再次取得突破，發(fā)表第二篇Science，報道了在化學反應(yīng)動力學上的新進展！

大家公認為，原子,分子和物質(zhì)系統(tǒng)中電子自旋和軌道角動量之間的耦合是無處不在，可能導致許多值得注意的現(xiàn)象,比如原子能級的分裂和轉(zhuǎn)移,磁晶各向異性以及在半導體中的量子自旋霍爾效應(yīng)。電子自旋也被研究用于技術(shù)應(yīng)用，如開發(fā)用于邏輯運算的電子器件;也就是說,自旋電子學。

在原子系統(tǒng)中，包含電子自旋(s)和軌道角動量(l)的耦合可以導致明顯的能量分裂。然而，在分子系統(tǒng)中，由于電子自旋、電子軌道角動量以及原子核運動的旋轉(zhuǎn)角動量(j)和軌道角動量(L)之間的耦合都是可能的，所以情況更加復(fù)雜和微妙。例如，在雙原子系統(tǒng)中，電子自旋、電子軌道角動量和原子核旋轉(zhuǎn)角動量之間的耦合可以在旋轉(zhuǎn)態(tài)下引起精細結(jié)構(gòu)，如自旋軌道分裂和λ倍增。

中國科學技術(shù)大學王興安教授和大連化物所孫志剛研究員、楊學明院士合作在Science上發(fā)表文章Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction， 報道了基元化學反應(yīng)中自旋軌道分波的量子干涉現(xiàn)象。

電子自旋軌道相互作用對化學反應(yīng)動力學的影響一直是研究的熱點。本文對F + HD→HF + D反應(yīng)中電子自旋和軌道角動量的影響進行了實驗和理論的結(jié)合研究。利用高分辨率成像技術(shù)（包含了交叉分子束方法、時間切片離子速度成像技術(shù)與近閾值電離技術(shù)），在微分散射截面前向散射方向上觀察到一個特殊的馬蹄形圖案。這種不尋常的動力學模式只有在考慮全自旋軌道特性的情況下才能用高精度的量子動力學理論來解釋。理論分析表明，馬蹄形圖案主要是由具有正負宇稱的自旋軌道分裂的共振分波的量子干涉導致的，這為自旋軌道相互作用如何有效地影響反應(yīng)動力學提供了一個獨特的例子。

圖1. F + HD→HF + D反應(yīng)的D原子產(chǎn)物，碰撞能為2.10kcal/mol。(A)實驗結(jié)果;(B)理論結(jié)果

圖2. 碰撞能量為2.10 kcal/mol時，F(xiàn) + HD→HF(v’ = 2, j’ = 3和5)+ D反應(yīng)沿正向散射方向的實驗和理論的微分截面比較

圖3. F + HD→HF + D反應(yīng)的HF(v’ = 2, j’ = 3)產(chǎn)物通道的幾率函數(shù)

圖4. 共振介導的反應(yīng)機理示意圖

圖5. 計算的HF(v’ = 2, j’ = 3和5)通道的微分截面

Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction. Science 371 (6532), 936-940.

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/936