我校物质学院2013级联合培养研究生谢雨润以第一作者身份，于5月15日在国际著名学术期刊《科学》（Science）上在线发表了题为“Quantum interference in H+HD → H2+D between direct abstraction and roaming insertion pathways”的科研成果。谢雨润同学是我校物质学院与中科院大连化学物理研究所杨学明院士课题组的联培研究生。该成果由杨学明院士团队与张东辉院士团队领衔，在最简单化学反应氢原子加氢分子的同位素H+HD→H2+D反应中，发现了化学反应中新的量子干涉效应，并且利用这一量子干涉效应首次揭示了化学反应中远低于锥形交叉点的几何相位效应。
在化学反应中，普遍存在量子干涉现象，但是想要准确理解这些干涉产生的根源非常困难。这些干涉的图样复杂，而且在实验上也难以精确分辨干涉图样的特征。H+H2及其同位素（H+HD）的反应，是所有化学反应中最简单的一个体系，因此可以对该反应的动力学过程进行精确地计算机模拟，做到微观层次上深入理解化学反应过程。尽管这一自然界中最简单的反应体系已经被研究得相当透彻，但仍然存在着科学家们以前完全认识不到的奇特的化学反应机理。
反应散射轨线示意图
路径1：直接反应过程
反应散射轨线示意图
路径2：类roaming机理反应过程
研究人员在先期理论研究工作中发现，在特定散射角度上，H+HD反应生成的一些特定量子态的H2产物，其信号强弱会随碰撞能的变化呈现特别有规律的振荡。为了理清这种振荡现象，团队开展了理论与实验相结合的详细研究。在实验中，通过一系列手段改进交叉分子束装置，在一系列碰撞能下精确地测量了反应的后向散射信号。在理论上，进一步发展了量子反应散射理论，创造性地发现了利用拓扑学原理来分析化学反应发生途径的方法
拓扑学分析表明，这些后向散射的振荡实际上是由两条反应途径的干涉造成的。这两条反应途径对于后向散射均有显著贡献，但它们各自的幅度随着碰撞能变化并无显著变化，呈现缓慢的变化趋势。它们的相位随着碰撞能变化，一个呈线性增加，另外一个呈线性减小，因此，相互干涉的结果就呈现了强烈的有规律的振荡现象。
不同碰撞能下两条反应路径的微分截面及干涉后的微分截面
反应中两条拓扑路径示意图
进一步的经典轨线理论分析表明，其中一条反应途径对应于通常所熟知的直接反应（路径1）过程。而另外一条反应途径对应于一条类似于roaming机理（路径2）的反应过程。由于这两条反应途径刚好以相反的方向围绕于H+HD反应势能面上的锥形交叉，所以它们的干涉图样必须采用非绝热耦合的势能面来模拟计算才可以和实验结果吻合，这也体现了这个体系反应过程中的几何相位效应。这是在低于锥形交叉点的反应中，第一次观测到几何相位效应。更为有趣的是，通过类roaming机理而发生的反应只占全部反应性的0.3%左右。而如此微弱的小部分反应性，能够清晰地被理论和实验所揭示出来。
该项研究再次揭示了原子分子因碰撞而发生化学反应过程的量子性，也揭示了化学反应的途径是复杂的。该研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项B类“能源化学转化的本质与调控”等的支持。
作为上科大与大连化物所联合培养研究生，同时也是上科大招收的第一级硕博连读生，谢雨润同学道出了他的心声：“我是上科大招收的首批研究生，还记得第一年在岳阳路校区上课，尽管当时的校园条件相对简陋，但是学校的课程设置和教学质量却一点也不含糊，完善的理论学习和丰富的学术交流为我后来的科研打下了坚实的基础。2014年7月，我以联合培养的方式，来到导师杨学明院士位于大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室的课题组学习。整个研究室非常重视实验与理论的结合，在反应动力学领域的研究一直处于国际一流水平。能够在这样一个高水准的平台上开始自己的研究生涯，是一件非常幸运的事情。此次我们这项成果能够在《Science》上发表，感谢研究所杨老师和张老师两位院士的倾力合作，还有肖春雷和孙志刚两位老师在细节上的把关。过去的几年中我在学习生活中都感到了来自上科大和研究所老师们的关怀。”
谢雨润同学在实验室工作中
自2013年以来，物质学院已招收研究生1000余名，毕业近300名，研究生以第一作者身份发表了430篇论文，包括2篇Science、1篇Nature、13篇JACS、2篇PRL等。物质学院始终秉承学校“科研中成长”的研究生培养规律，深入贯彻科教融合的育人理念。
学院依托上海科技大学的体制机制优势，坚持“国际化、高标准、强实践”的研究生培养原则，制定“目标驱动、能力培养和质量导向”的本硕博一体化的课程体系，建立并不断优化从招生选拔、课程学习、博士资格考试、学位论文审核等多级选拔、分流淘汰的质量保障体系；加强与中国科学院以及各科研单位的合作，推动研究生深入第一线科研实践，同时鼓励项目合作，组织学术交流，利用天然优势打造科教无缝衔接的鲜明特色；紧密围绕国家创新驱动转型发展和上海科创中心建设需求，将学科建设、科研项目、人才培养等工作紧密结合，打造为国所需、德才兼备、勇于开拓的紧缺人才，为服务国家科技强国战略做出上科大人的贡献。
【院士寄语】
中科院大连化学物理所杨学明院士（上科大特聘教授）
我很高兴有机会参与上科大的科教融合。也是由于这样一个科教融合机会，谢雨润同学能够加入我的课题组来攻读博士学位。对于年轻同学来说，寻找自己的兴趣非常重要！在还没有加入到我的课题组的时候，谢雨润同学曾经到我的研究小组来参与大学生科研计划，正是因为他对于分子反应动力学研究浓厚的兴趣，让他在这一方向上认真学习，非常刻苦，并且做出了优秀的工作。
我一直认为这个世界上很多看上去很简单的事情中，存在着非常有趣而复杂的细节，科学研究就是一种孜孜以求的探索过程。在科学研究中，年轻的同学应该要注重科学问题的本质，拓宽自己的研究视野，要坚持发展自己独特的方法开展原创性研究。这也是我自己一生的追求。只有这样，我们的年轻一代才能超越我们，真正走向科学前沿。这也是科教融合的真正意义之所在。
杨学明院士与谢雨润同学
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