Ilustración esquemática del efecto de fase geométrica que surge en la reacción H + HD:la diferente interferencia de dos vías de reacción. Crédito:SUN Zhigang
En la reacción química más simple de la naturaleza, Existe una conocida intersección cónica entre el suelo y el primer estado excitado. Por lo tanto, el H + H 2 La reacción y sus variantes isotópicas han sido durante mucho tiempo el sistema de referencia en el estudio del efecto de fase geométrica (GP) en reacciones químicas.
Previamente, Se hicieron esfuerzos para observar y comprender el efecto GP en el H + H 2 reacción. Sin embargo, hasta ahora no se ha detectado ninguna evidencia experimental convincente del efecto GP en ninguna reacción química.
Recientemente, Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y el Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China llevaron a cabo una investigación experimental y teórica combinada de la H + HD a H 2 + D reacción.
El equipo experimental, que fue dirigido por el Prof. Wang Xingan y el Prof. Yang Xueming, realizó un estudio de haces moleculares cruzados utilizando la técnica de imagen de iones de mapa de velocidad de alta resolución. Oscilaciones rápidas de dispersión hacia adelante de H 2 (v ', j ') se observaron productos en secciones transversales diferenciales a una energía de colisión en las proximidades de la H 3 intersección cónica.
El profesor Sun Zhigang desarrolló un enfoque teórico cuántico único para considerar el efecto GP en una reacción química. Basado en una superficie de energía potencial precisa recientemente desarrollada por el profesor Zhang Donghui, Los investigadores encontraron que las estructuras de oscilación observadas experimentalmente en las dispersiones directas solo podían reproducirse mediante cálculos teóricos, incluido el efecto de fase geométrica.
La interferencia con el médico de cabecera está desfasada con respecto a la del médico de cabecera. Crédito:SUN Zhigang
A través de este estudio, También se ha descubierto un nuevo mecanismo de reacción para esta reacción de referencia en alta colisión. Esta investigación respondió claramente a una pregunta de larga data sobre la dinámica de las reacciones químicas, es decir., cómo el efecto GP influye profundamente en la reactividad química. El estudio ciertamente tiene implicaciones importantes para los estudios de dinámica de sistemas moleculares con intersecciones cónicas en general.
Esta investigación, titulado "Observación del efecto de fase geométrica en la H + HD a H 2 + D reacción, "fue publicado en Ciencias .
La aproximación de Born-Oppenheimer (BOA) es la base para comprender la naturaleza cuántica de los sistemas moleculares y conduce al desarrollo de conceptos importantes como los estados electrónicos y las órbitas moleculares. En una molécula Las interacciones no adiabáticas entre estados electrónicos son ubicuas. Sin embargo, debido a la naturaleza complicada de los acoplamientos no adiabáticos, Los sistemas moleculares a menudo se tratan sin considerar los acoplamientos no adiabáticos y el efecto de los estados excitados.
Sin embargo, en presencia de interacciones cónicas en sistemas moleculares, tales aproximaciones podrían romperse. Hace medio siglo Los científicos descubrieron que al introducir una fase geométrica, uno podría tratar adecuadamente estos sistemas de forma mecánica cuántica. Introduciendo un efecto GP, sin embargo, podría tener un efecto profundo en los sistemas cuánticos. Por ejemplo, Uno de los efectos Hall cuánticos resulta de un efecto de fase geométrica electrónica. Por lo tanto, el efecto de la fase geométrica es una cuestión fundamental tanto en física como en química.
