把不可能變成可能！美科學家實現對反應精準操控，已超出人類認知

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科學，就像是把曾經的「不可能」變為「可能」的過程。最近，美國哈佛科學家使用激光「鑷子」操縱兩種鹼金屬——鈉（Na）和銫（Cs）並使兩個單原子成功化合成一種新型的合金類分子，而這一過程在傳統的化學認知里幾乎是不可能實現的。國外媒體預測道，這一開創性技術的實現將使更多人類認知之外的超級材料誕生…

化學反應通常來說是一種偶然性事件。在適當的條件下，大量性質相匹配的原子聚集在一起發生隨機碰撞，當碰撞的方向與能量達到一定條件時，就會形成新的物質。而鈉（Na）和銫（Cs）在元素周期表中位於同一主族，二者具有相似的化學性質。換句話說就是它們並不傾向於彼此碰撞並結合為新的分子。

然而，不傾向於並不意味著不能。如果鈉原子和銫原子擁有合適的能量並足夠接近，就有可能形成一種新的化學鍵。

NaCs分子的極化電學特性導致它對於存儲量子的「量子位」疊加狀態非常有幫助，也可以很容易地與其他組分發生相互作用。這種量子位存儲和交互結合是未來科學技術中急需的。為了實現這種能量和時間上的完美結合，研究人員將單個原子放置在交疊的磁光陷阱中，然後用光子照射使它們冷卻到絕對零度附近。同時，使用一對調諧的激光器產生電效應，使每個原子朝著相對應激光器的焦點移動，這樣兩個原子可以很容易地發生碰撞。

由於需要維持適當的動力和能量水平，原子的每次碰撞並不一定都會發生鍵合。為了解決這一棘手難題。科學家嘗試使用合適的激光脈衝，最終完成了在相同量子態下兩個原子之間的鍵的短暫閃爍，這一方法為研究人員提供了一個非常精細的細節。

哈佛大學的研究人員表示，目前我們已經展示了一種可能，相信接下來全世界會有很多科學家效仿這一技術合成更多新材料。而下一步研究將是實現在基態下鍵合出更穩定的分子，最終目標則是創造更複雜分子，用於高技術領域的新材料以及為下一代計算機提供微小的量子組件。

科學家表示，「這一研究首次表明化學反應過程是可以準確地人為操控的」。在最小的單元層面控制分子相互作用，包括反應，一直是物理科學的一個長期目標。相信未來會有大量的新材料會因此而誕生…

文/朱張航宇

參考文獻：Building one molecule from a reservoir of two atoms, Science, 2018, eaar7797, DOI: 10.1126/science.aar7797.

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