2021中科大第二篇Science，与第一篇仅隔一周！

上周我们报道了中科院院长侯建国的Science，他们结合了扫描隧道显微镜(STM)、非接触原子力显微镜(AFM)和尖端增强拉曼散射(TERS)在单键极限下确定表面物种的结构和化学异质性。文章的第一单位为中国科学技术大学。仅仅隔了一周，中科大再次取得突破，发表第二篇Science，报道了在化学反应动力学上的新进展！

大家公认为，原子,分子和物质系统中电子自旋和轨道角动量之间的耦合是无处不在，可能导致许多值得注意的现象,比如原子能级的分裂和转移,磁晶各向异性以及在半导体中的量子自旋霍尔效应。电子自旋也被研究用于技术应用，如开发用于逻辑运算的电子器件;也就是说,自旋电子学。

在原子系统中，包含电子自旋(s)和轨道角动量(l)的耦合可以导致明显的能量分裂。然而，在分子系统中，由于电子自旋、电子轨道角动量以及原子核运动的旋转角动量(j)和轨道角动量(L)之间的耦合都是可能的，所以情况更加复杂和微妙。例如，在双原子系统中，电子自旋、电子轨道角动量和原子核旋转角动量之间的耦合可以在旋转态下引起精细结构，如自旋轨道分裂和λ倍增。

中国科学技术大学王兴安教授和大连化物所孙志刚研究员、杨学明院士合作在Science上发表文章Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction， 报道了基元化学反应中自旋轨道分波的量子干涉现象。

电子自旋轨道相互作用对化学反应动力学的影响一直是研究的热点。本文对F + HD→HF + D反应中电子自旋和轨道角动量的影响进行了实验和理论的结合研究。利用高分辨率成像技术（包含了交叉分子束方法、时间切片离子速度成像技术与近阈值电离技术），在微分散射截面前向散射方向上观察到一个特殊的马蹄形图案。这种不寻常的动力学模式只有在考虑全自旋轨道特性的情况下才能用高精度的量子动力学理论来解释。理论分析表明，马蹄形图案主要是由具有正负宇称的自旋轨道分裂的共振分波的量子干涉导致的，这为自旋轨道相互作用如何有效地影响反应动力学提供了一个独特的例子。

图1. F + HD→HF + D反应的D原子产物，碰撞能为2.10kcal/mol。(A)实验结果;(B)理论结果

图2. 碰撞能量为2.10 kcal/mol时，F + HD→HF(v’ = 2, j’ = 3和5)+ D反应沿正向散射方向的实验和理论的微分截面比较

图3. F + HD→HF + D反应的HF(v’ = 2, j’ = 3)产物通道的几率函数

图4. 共振介导的反应机理示意图

图5. 计算的HF(v’ = 2, j’ = 3和5)通道的微分截面

Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction. Science 371 (6532), 936-940.

https://science.sciencemag.org/content/371/6532/936