我國科學家首次發現電子角動量對化學反應的影響

　　太陽對應化學反應產物的微分截面，白色海鷗組成的圖形對應實驗數據中的處在微分截面前向的馬蹄鐵形結構，而山巒對應模擬計算的反應勢能曲面。

插畫作者：陳磊、梁琰

　　近日，中科院大連化學物理研究所（以下簡稱大連化物所）楊學明院士、孫志剛研究員與中國科學技術大學王興安教授的合作研究取得新進展。研究團隊利用高分辨率的交叉分子束離子成像裝置，研究了氟原子（F）+氫氘（HD）分子反應的微觀動力學過程，發現可以利用該反應中特殊的分波共振現象，揭示F原子的電子角動量對該反應散射動力學過程的影響。相關研究結果日前發表于《科學》。

　　據了解，在單次碰撞而發生化學反應的條件下，交叉分子束裝置可以探測到具有振轉態分辨的化學反應產物。在構建高精度勢能面的基礎上，開展精確的量子分子反應動力學理論分析，可以詳細推斷出具有量子態分辨的化學反應微觀動態過程。

　　經過半個多世紀的發展，交叉分子束實驗裝置的分辨率獲得了很大的提升。近年來，楊學明和王興安進一步發展了交叉分子束離子成像裝置，使探測產物的分辨率提高到產物的轉動態。利用該實驗裝置，結合新發展的量子動力學理論分析方法，他們首次確定了化學反應中量子幾何相位效應的存在。而后，孫志剛和王興安希望在更微觀的層次上研究化學反應動力學過程，比如探究電子角動量甚至原子核自旋角動量如何影響化學反應動力學過程。

　　F+HD反應具有明顯的分波共振效應。研究人員猜想，針對該反應開展高分辨率的反應動力學研究，或將發現電子角動量對化學反應的影響。

　　為此，研究團隊利用該交叉分子束裝置，結合孫志剛發展的考慮電子角動量效應的量子動力學理論模擬方法，詳細研究了具有分波共振的F+HD反應的動力學過程。研究發現，可以利用特殊的分波共振現象，來揭示F原子的電子角動量對反應過程的影響。其表現是，考慮F原子的電子角動量效應之后，單一的分波共振可以變成具有四重精細結構的分波共振，其可以改變化學反應產物的角度分布。這一改變只能通過高分辨率的交叉分子束成像裝置才能觀測到。