量子干涉是量子力學(xué)的核心原理，是微觀粒子波動(dòng)性的重要體現(xiàn)。21世紀(jì)初，研究人員首次在水分子的121.6nm光解離實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到來(lái)自兩個(gè)不同錐形交叉區(qū)解離通道的量子干涉，此后，量子干涉現(xiàn)象在化學(xué)反應(yīng)中被陸續(xù)揭示。迄今為止，這些干涉現(xiàn)象大多源于兩條空間上可區(qū)分的反應(yīng)路徑，類似雙縫干涉。相比之下，光學(xué)中另一類基本干涉現(xiàn)象——單縫衍射，由于源于同一反應(yīng)通道內(nèi)不同路徑的相干疊加，長(zhǎng)期缺乏實(shí)驗(yàn)的直接證據(jù)。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等研究團(tuán)隊(duì)在分子光化學(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展，觀測(cè)到水分子光解離通過單一錐形交叉反應(yīng)通道時(shí)形成的量子干涉現(xiàn)象。

　　團(tuán)隊(duì)利用極紫外光源制備水分子同位素（HOD）到高激發(fā)態(tài)，結(jié)合高分辨探測(cè)技術(shù)測(cè)量產(chǎn)物的量子態(tài)分布，發(fā)現(xiàn)OD產(chǎn)物振轉(zhuǎn)量子態(tài)分布隨激發(fā)波長(zhǎng)變化。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了水分子高精度多電子態(tài)耦合勢(shì)能面，并結(jié)合全維量子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，闡明該現(xiàn)象來(lái)源于水分子在單一錐形交叉通道解離時(shí)直接和間接路徑的量子干涉。直接路徑通過交叉點(diǎn)后在基態(tài)快速解離，間接路徑則在交叉點(diǎn)的上錐區(qū)被短暫捕獲后，再轉(zhuǎn)移至基態(tài)解離。這兩類反應(yīng)路徑在空間上不可區(qū)分，但經(jīng)歷的時(shí)間不同，其物理本質(zhì)與光學(xué)中的單縫衍射相似。

　　該研究結(jié)合高分辨實(shí)驗(yàn)和高精度理論計(jì)算，展示了分子光解離通過單一反應(yīng)通道的量子干涉現(xiàn)象，深化了學(xué)界對(duì)勢(shì)能面錐形交叉相關(guān)的非絕熱化學(xué)反應(yīng)過程的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。研究成果為量子調(diào)控非絕熱動(dòng)力學(xué)提供了新的思路和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為理解復(fù)雜分子體系的光化學(xué)行為提供了關(guān)鍵理論支撐。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。