超冷分子由于在化学物理、量子信息处理和精密测量中的潜在应用而吸引了巨大的研究兴趣。近年来，超冷双原子分子的制备和研究取得了显著进展。直接激光冷却已经成功地应用于具有几乎闭合循环跃迁的分子，并且已经实现了几微开尔文的温度。各种碱金属双原子分子是由块状气体或光镊中的超冷原子产生的。对涉及分子的超冷碰撞的研究已经能够证明量子态控制的化学反应，观察原子-分子Feshbach共振和超冷分子的碰撞冷却。通过抑制超冷反应，量子简并双原子分子气体已经在本体气体和二维层中产生。将超冷分子的研究扩展到三原子分子甚至更复杂的多原子分子，将在物理和化学领域开辟许多新的研究前沿。例如，超冷三原子分子代表最严格量子约束下的三体系统。这样的量子力学三体是出了名的困难，因此对少体物理理论提出了巨大的挑战。三原子分子中原子核分子势通常用各向异性三体势能面来描述，这种势能面极难高精度计算，因为它需要求解多电子薛定谔方程。超冷三原子分子为研究三体势能面提供了一个理想的平台，因为超冷分子的能级可以以极高的分辨率测量。此外，超冷三原子分子具有更多的对称性质和更多的自由度，可以由外场控制。这些自由度的精确控制为基础物理测试和奇异哈密顿量的量子模拟提供了新的机会。最近，激光冷却和光电冷却已经用于冷却线性三原子分子和其他多原子分子，并且温度已经降低到亚毫开尔文范围。

除了直接冷却，制备超冷三原子分子的另一种可能方法是将由超冷原子和双原子分子组成的对结合成三原子分子。超冷关联的主要困难是三原子束缚态和原子-双原子-分子散射态之间的耦合强度通常非常弱。这个问题可以通过使用原子-双原子-分子Feshbach共振解决，如果三原子束缚态的能量与散射态的能量一致，就会发生这种共振。因此，接近共振时，三原子束缚态和原子-双原子-分子散射态之间的耦合强度共振增强。此外，在超低温下，Feshbach共振可以通过外部电磁场进行调谐。这种可控性为将成对的原子和双原子分子转化为靠近原子的三原子分子——双原子分子Feshbach共振提供了必要的工具。这种技术已广泛用于弱结合双原子分子的结合和通用埃菲莫夫三聚体的结合。

研究成果

双原子分子的超冷组装使得可控化学、超冷化学物理和分子量子模拟取得了巨大进展。将超冷关联扩展到三原子分子将在这些领域提供许多新的研究机会和挑战。一种可能的方法是在超冷原子和双原子分子的混合物中形成三原子分子，利用它们之间的Feshbach共振。尽管最近已经观察到超冷原子-双原子分子Feshbach共振，但是利用这些共振形成三原子分子仍然具有挑战性。

今日，中科大潘建伟院士、赵博教授和中科院化学所白春礼院士联合报道了处于非振动基态的²³Na⁴⁰K分子和⁴⁰K原子之间在Feshbach共振附近的三原子分子关联的证据。作者应用射频脉冲来驱动²³Na⁴⁰K分子和⁴⁰K的超冷混合物中的自由束缚跃迁，并监测²³Na⁴⁰K分子的损失。三原子分子的结合表现为射频光谱中的附加损耗特征，这可以与原子损耗特征区分开来。关联特征和原子跃迁之间的距离随磁场变化的观察为三原子分子的形成提供了强有力的证据。三原子分子的结合能是从测量中估算出来的。这项工作有助于理解复杂的超冷原子-分子Feshbach共振，并可能为超冷三原子分子的制备和控制开辟一条途径。

相关研究工作以“Evidence for the association of triatomic molecules in ultracold ²³Na⁴⁰K + ⁴⁰K mixtures”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04297-2

值得一提的是，就在同一天，中科大连续发表三篇重磅《Nature》！我们一起来看看另外两篇！

第二篇Nature

电子向列性，其中旋转对称性被电子自由度自发破坏，已经被证明是包括高温超导体和量子霍尔系统在内的相关量子流体中普遍存在的现象。更引人注目的是，高温超导中的电子线虫表现出与超导性的有趣纠缠，产生复杂的超导配对和纠缠在一起的电子有序。最近，在具有二维钒笼目结构的AV₃Sb₅ (A = K，Rb，Cs)族中发现了超导性和电荷密度波(CDW)序之间的不寻常竞争。这些现象是否涉及电子向列性仍然难以捉摸。

今日，中科大陈仙辉院士、吴涛教授和王震宇教授等研究人员结合弹性电阻测量、核磁共振(NMR)和扫描隧道显微镜/光谱学(STM/S)报告了CsV₃Sb₅中存在电子向列性的令人信服的证据。与温度相关的弹性电阻系数(m₁₁-m₁₂)和核磁共振谱清楚地表明，除了由于面外调制导致的2a₀×2a₀超晶格的C₂结构畸变之外，在CDW跃迁(T_CDW ~ 94 K)之下立即出现显著的向列波动，最终在T_nem ~ 35 K之下出现向列跃迁。STM实验直接可视化了T_nem之下的C₂结构钉扎长程向列有序，表明了由三态Potts模型描述的新的向列序。这项发现明确地证明了在CsV₃Sb₅的正常状态下固有的电子向列性，这为揭示非常规超导体中电子向列性对配对机制的作用建立了新的范式。

相关研究工作以“Charge-density-wave-driven electronic nematicity in a kagome superconductor”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04493-8

第三篇Nature

计算蛋白质设计展示了巨大的潜力，开创性的研究展示了具有新结构和新功能的全新蛋白质的设计，其中大部分是使用最先进的RosettaDesign方法进行的。通过参数化地改变现有结构模块(或模板)之间的相对几何形状来设计螺旋束或重复蛋白，或者通过从现有结构组装肽片段来构建新的骨架。尽管最近有所改进，这些产生主链的方法对模板的依赖性仍然严重限制了可能的新结构的可用范围，潜在地缩小了适合设计的功能活动的范围如果存在大量自主折叠成氨基酸序列，蛋白质骨架结构是可设计的。

有人提出，主链的可设计性主要受侧链无关或侧链类型不敏感的分子相互作用控制，这表明了一种基于连续采样和以主链为中心的能面优化来设计新主链(可用于氨基酸选择)的方法。然而，尚未为此目的建立足够全面和精确的能量函数。

今日，中国科学技术大学刘海燕教授、陈泉副教授等研究人员基于数据驱动原理，开辟出一条全新的蛋白质从头设计路线，在蛋白质设计这一前沿科技领域实现了关键核心技术的原始创新，为工业酶、生物材料、生物医药蛋白等功能蛋白的设计奠定了坚实的基础，这个目标是通过一个名为SCUBA(侧链-未知主干排列)的统计模型来实现的，该模型使用神经网络形式的能量项。这些术语是通过两步方法学习的，包括核密度估计和神经网络训练，并且可以分析性地表示已知蛋白质结构中的多维高阶相关性。作者报道了九种从头设计蛋白质的晶体结构，它们的骨架是使用SCUBA高精度设计的，其中四种具有新颖的、非天然的整体结构。通过避免使用现有蛋白质结构的片段，SCUBA驱动的结构设计促进了对可设计主链空间的深远探索，从而扩展了可从头设计的蛋白质的新颖性和多样性。

相关研究工作以“A backbone-centred energy function of neural networks for protein design”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04383-5

中科大简介

最后简单介绍一下，中国科学技术大学（University of Science and Technology of China），位于安徽省合肥市，是中国科学院直属的一所以前沿科学和高新技术为主，兼有医学、特色管理和人文学科的综合性全国重点大学，中央直管副部级建制，由中科院、教育部和安徽省三方重点共建；位列首批世界一流大学建设高校A类、985工程、211工程，入选珠峰计划、强基计划、111计划、2011计划、卓越工程师教育培养计划、中国科学院知识创新工程、国家建设高水平大学公派研究生项目、全国深化创新创业教育改革示范高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校，首批学位授权自主审核单位，九校联盟、中国大学校长联谊会、环太平洋大学联盟、国际应用科技开发协作网、东亚研究型大学协会成员。

祝贺中科大，太强了！