◇“物質(zhi)世界(jie)豐富而復(fu)雜(za)，要研究物質(zhi)轉化(hua)的(de)內在規律，僅靠(kao)化(hua)學(xue)家在實(shi)驗室解析表達遠(yuan)遠(yuan)不夠。對重(zhong)要化(hua)學(xue)問題開展研究還(huan)需要發展新(xin)理(li)論(lun)和(he)新(xin)方法。”隨著人工智能(neng)技術(shu)的(de)加持，精準智能(neng)化(hua)學(xue)曙光已現

◇在化(hua)學合成(cheng)中，AI驅動的(de)機器人平臺(tai)已經能(neng)夠在數(shu)天內完成(cheng)原本數(shu)十年的(de)實驗任務，極大(da)地(di)提(ti)升了化(hua)學研究的(de)速度和精度

◇單分子器(qi)件通(tong)過分子對外加刺(ci)激的(de)響應來(lai)工作，通(tong)過施加電壓或(huo)光照，可以改變分子內部的(de)電荷分布或(huo)觸發其(qi)特定振動(dong)模式(shi)，從而調控其(qi)導電性(xing)、光學特性(xing)等(deng)，實現所需功能(neng)

文?|《瞭望》新(xin)聞周刊記者?扈永順

在(zai)北京舉行的 2023 中(zhong)國科(ke)幻(huan)大會科(ke)幻(huan)產業新(xin)技術(shu)新(xin)產品展中(zhong)展出的智能量子計(ji)算機 MOSS（2023 年 5 月 30 日攝）陳鐘昊攝 / 本刊(kan)

當前，化(hua)學科(ke)研范式(shi)正在(zai)發生一場深(shen)刻變革。

化(hua)(hua)(hua)學是(shi)研究(jiu)(jiu)物質變化(hua)(hua)(hua)的一門科(ke)學，主要目(mu)的是(shi)創(chuang)造物質和(he)控制物質的轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)。傳統化(hua)(hua)(hua)學研究(jiu)(jiu)中，科(ke)研人(ren)員要在實驗室(shi)用各(ge)種試(shi)劑(ji)通過不(bu)斷試(shi)錯研發(fa)出(chu)新材料。計算機技術的迅(xun)猛(meng)發(fa)展和(he)廣泛(fan)應(ying)用，加速了化(hua)(hua)(hua)學研究(jiu)(jiu)蓬(peng)勃發(fa)展。

“物質(zhi)世界豐富(fu)而復(fu)雜，要研究(jiu)物質(zhi)轉化(hua)的(de)內在規律，僅(jin)靠化(hua)學家在實(shi)驗室解析表達遠(yuan)遠(yuan)不夠。對重要化(hua)學問題開展研究(jiu)還需要發展新理論(lun)和新方法。”中國(guo)科學院院士、188bet足球副校長楊金龍告訴《瞭望》新聞周刊(kan)記者。

計算(suan)機(ji)的計算(suan)和模擬(ni)能(neng)(neng)(neng)力，能(neng)(neng)(neng)夠對(dui)化(hua)(hua)學反應的過程(cheng)進行理論(lun)預(yu)測和實驗解釋。而隨著人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)技術的加持，精準智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)化(hua)(hua)學曙光已現，化(hua)(hua)學研究將更加“智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)”。例(li)(li)如合(he)成(cheng)一種催化(hua)(hua)劑，依靠人(ren)工實驗不可能(neng)(neng)(neng)窮盡幾(ji)千萬(wan)種材料實現催化(hua)(hua)劑的最(zui)佳比例(li)(li)合(he)成(cheng)，但采用(yong)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)計算(suan)的方(fang)法就可以在各種化(hua)(hua)學元素(su)中篩(shai)選(xuan)出合(he)適的配比。

精準(zhun)智能(neng)化(hua)學(xue)(xue)研究能(neng)夠實現高度可控(kong)、可調、可預(yu)測、更(geng)高選擇性(xing)、更(geng)高精度、更(geng)高效、更(geng)經濟以(yi)及(ji)更(geng)加環(huan)境友好的成(cheng)果，進而推動測量科學(xue)(xue)、可持續材(cai)(cai)料、信息材(cai)(cai)料、藥物、能(neng)源、環(huan)境科學(xue)(xue)和(he)其他化(hua)學(xue)(xue)及(ji)化(hua)學(xue)(xue)相關領(ling)域的發展和(he)創(chuang)新(xin)。近年(nian)來，楊金(jin)龍(long)率領(ling)團隊在新(xin)型功能(neng)材(cai)(cai)料的設(she)計與模擬(ni)、表(biao)面(mian)單分子量子行(xing)為的表(biao)征(zheng)與調控(kong)等方(fang)面(mian)取得了原(yuan)創(chuang)性(xing)和(he)系(xi)統性(xing)成(cheng)果。

“在(zai)AI技術(shu)快速發展的驅動下，我們有(you)理(li)由期待在(zai)化學研究領(ling)域涌現出更多的創新成(cheng)果。”楊金(jin)龍說。

精(jing)準化學是未來化學發(fa)展重要方向

《瞭望》：你是如何理(li)解精準(zhun)化學這一概念的？

楊金龍：精準代表了化學領域未來的研究方向，它強調(diao)過(guo)程和(he)結果的可控性(xing)(xing)、可預測性(xing)(xing)和(he)準確性(xing)(xing)。

首先，要(yao)(yao)在(zai)(zai)化(hua)學(xue)(xue)研究中獲得更(geng)加(jia)精(jing)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)科(ke)學(xue)(xue)數據(ju)(ju)。一是(shi)理(li)(li)論計算模(mo)擬(ni)需要(yao)(yao)能(neng)(neng)在(zai)(zai)使(shi)用盡可能(neng)(neng)少的(de)(de)(de)計算資源的(de)(de)(de)情況下模(mo)擬(ni)得到(dao)復(fu)(fu)雜(za)(za)化(hua)學(xue)(xue)體(ti)系(xi)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)結構以及(ji)動(dong)力學(xue)(xue)行(xing)為(wei)。二是(shi)需要(yao)(yao)發(fa)展先進(jin)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)征技術對分(fen)子(zi)體(ti)系(xi)在(zai)(zai)原位工況條件(jian)下進(jin)行(xing)高精(jing)度(du)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)征實(shi)驗。這樣(yang)，我們(men)才能(neng)(neng)獲得精(jing)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)數據(ju)(ju)，在(zai)(zai)此基礎上構建(jian)更(geng)加(jia)真實(shi)、準(zhun)(zhun)確的(de)(de)(de)物理(li)(li)化(hua)學(xue)(xue)模(mo)型，理(li)(li)解(jie)更(geng)加(jia)復(fu)(fu)雜(za)(za)的(de)(de)(de)內在(zai)(zai)規(gui)律。下一步，通過對復(fu)(fu)雜(za)(za)規(gui)律的(de)(de)(de)理(li)(li)解(jie)，提升我們(men)對化(hua)學(xue)(xue)反應路徑(jing)以及(ji)分(fen)子(zi)性質的(de)(de)(de)精(jing)準(zhun)(zhun)控制能(neng)(neng)力。從精(jing)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)數據(ju)(ju)到(dao)精(jing)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)調控能(neng)(neng)力，是(shi)精(jing)準(zhun)(zhun)化(hua)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)內涵所在(zai)(zai)。

近年(nian)來，已報道的圍繞精準化(hua)學(xue)的前沿(yan)研(yan)究(jiu)成果越來越多。今年(nian)，我(wo)擔任創刊主編的新(xin)刊《精準化(hua)學(xue)》已正式出版，希望能(neng)為(wei)研(yan)究(jiu)工作提供一個交流平臺(tai)。

《瞭望》：如何才能提高化(hua)學研究(jiu)的精準化(hua)水平？

楊金龍(long)：提高(gao)化(hua)學研究的精準化(hua)水平是一個(ge)復雜且(qie)多層面的任(ren)務。為此需(xu)要從以下方面持(chi)續(xu)努力：

一是發(fa)展高效的(de)精(jing)(jing)準(zhun)理(li)論方(fang)(fang)法(fa)與程序。為(wei)了獲(huo)得分子(zi)(zi)體系精(jing)(jing)確(que)的(de)能(neng)(neng)量(liang)以及性質，所需的(de)計(ji)算量(liang)隨分子(zi)(zi)尺寸的(de)增大(da)指(zhi)數增加。因此在實際計(ji)算模(mo)擬中(zhong)，通常(chang)會(hui)引入(ru)各種近似(si)值，但這些近似(si)值對某些體系會(hui)帶(dai)來(lai)嚴重(zhong)的(de)誤差。為(wei)此，需要發(fa)展新的(de)方(fang)(fang)法(fa)，在可以承受的(de)計(ji)算資源條(tiao)件下(xia)獲(huo)得盡可能(neng)(neng)精(jing)(jing)確(que)的(de)計(ji)算模(mo)擬結果。

量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)的出現有(you)望為這(zhe)一(yi)方向帶來(lai)突破(po)性的進展。量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)能(neng)夠大幅提高電子(zi)結構計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)的效率，我們在(zai)這(zhe)方面(mian)已有(you)布局：一(yi)方面(mian)，積極發(fa)展計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方法(fa)，將現有(you)的普通超算(suan)(suan)(suan)方法(fa)“移植(zhi)”到(dao)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)上，為量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)時代的量(liang)(liang)子(zi)化學打(da)好基(ji)(ji)礎(chu)；另一(yi)方面(mian)，尋找一(yi)個特定(ding)(ding)體(ti)系(xi)，即那些在(zai)經(jing)典計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)上做不了(le)或非(fei)常難解決(jue)(jue)的問題(ti)，在(zai)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)上能(neng)很快解決(jue)(jue)，為未(wei)來(lai)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機(ji)(ji)(ji)在(zai)材料領域的應用(yong)奠定(ding)(ding)基(ji)(ji)礎(chu)。

二是發展工況條件(jian)下(xia)的(de)(de)精(jing)準(zhun)表征方法(fa)。為了從實驗(yan)上獲(huo)得原子尺度的(de)(de)精(jing)準(zhun)化(hua)學細節，通(tong)常需要(yao)超低(di)溫、超高真空的(de)(de)條件(jian)。而(er)真實的(de)(de)化(hua)學過程往(wang)(wang)往(wang)(wang)發生在常溫常壓(ya)甚至高溫高壓(ya)下(xia)。發展新的(de)(de)表征手段，在工況條件(jian)下(xia)獲(huo)得盡可能多的(de)(de)關(guan)于體系結構、性質與動力學行為的(de)(de)數據是精(jing)準(zhun)化(hua)學的(de)(de)重(zhong)要(yao)目標。

三是發(fa)展智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)學(xue)(xue)方(fang)(fang)法。人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)目(mu)前已經(jing)廣泛應用(yong)于188bet金宝搏在线的(de)方(fang)(fang)方(fang)(fang)面(mian)面(mian)。從大數據中產(chan)生(sheng)化(hua)(hua)學(xue)(xue)智(zhi)(zhi)能(neng)，是實(shi)現(xian)(xian)精準化(hua)(hua)學(xue)(xue)目(mu)標的(de)關(guan)鍵(jian)。在理(li)論模擬(ni)和實(shi)驗表(biao)征獲得大量精準的(de)數據以后(hou)，需要(yao)從這些數據中提(ti)煉規律、產(chan)生(sheng)化(hua)(hua)學(xue)(xue)智(zhi)(zhi)能(neng)，進(jin)而實(shi)現(xian)(xian)對(dui)化(hua)(hua)學(xue)(xue)過程進(jin)行精準調控。

總(zong)結(jie)而(er)言，提高化(hua)(hua)學研(yan)(yan)究(jiu)的精(jing)準化(hua)(hua)水平是一(yi)個綜(zong)合性的挑戰，需要我們(men)在多個方面進(jin)行努力和創新。通過這些策略，我們(men)不僅能(neng)夠更(geng)精(jing)準地(di)進(jin)行化(hua)(hua)學研(yan)(yan)究(jiu)，同時也為(wei)化(hua)(hua)學領域的進(jin)一(yi)步發展奠定堅實(shi)的基礎。

從大數據中(zhong)產(chan)生化學智能(neng)

《瞭望(wang)》：人工(gong)智能(neng)將對精準化學研究帶來哪些改(gai)變(bian)？

楊金龍：隨著人工(gong)智(zhi)能與大(da)數據技(ji)術的(de)發(fa)展，AI for Science已開始(shi)在諸多(duo)科研(yan)領域發(fa)揮重要(yao)作用。對于化(hua)(hua)學尤其是精(jing)準(zhun)化(hua)(hua)學研(yan)究，AI技(ji)術也將帶來(lai)重要(yao)影響，無論(lun)是在新材料發(fa)現、模擬準(zhun)確性、合(he)成路徑優化(hua)(hua)，還是在實驗自動(dong)化(hua)(hua)方面，它(ta)都在推(tui)動(dong)著精(jing)準(zhun)化(hua)(hua)學的(de)進步。

一是(shi)提高(gao)計(ji)算(suan)(suan)(suan)模擬的(de)(de)(de)準(zhun)確性(xing)。AI可以(yi)在(zai)計(ji)算(suan)(suan)(suan)模擬中起(qi)到加速(su)器(qi)的(de)(de)(de)作用(yong)，特別是(shi)在(zai)處理(li)電子(zi)結(jie)(jie)構中的(de)(de)(de)復雜(za)相(xiang)互(hu)作用(yong)時。傳統的(de)(de)(de)電子(zi)結(jie)(jie)構計(ji)算(suan)(suan)(suan)需要大(da)(da)量計(ji)算(suan)(suan)(suan)資源，而AI通過神經網(wang)絡和(he)其他機器(qi)學(xue)習技術，能(neng)夠在(zai)短時間(jian)內給出更準(zhun)確的(de)(de)(de)模擬結(jie)(jie)果(guo)。同時，復雜(za)AI模型(xing)強大(da)(da)的(de)(de)(de)表達能(neng)力可以(yi)用(yong)來進(jin)行波函數高(gao)效采樣，得到體系精準(zhun)的(de)(de)(de)能(neng)量和(he)性(xing)質(zhi)。

二是促(cu)進(jin)化(hua)(hua)(hua)學合(he)成路(lu)線的智能優化(hua)(hua)(hua)。化(hua)(hua)(hua)學合(he)成路(lu)線的選擇和優化(hua)(hua)(hua)涉及諸多變量，從原料、反(fan)應條件到設備(bei)選擇。AI能夠(gou)從海量文獻(xian)和實驗數(shu)據中(zhong)，挖掘出最佳合(he)成路(lu)線，預(yu)測最佳反(fan)應條件，從而降低(di)成本，提高研究效率(lv)。

三是實現實驗(yan)(yan)室操作的(de)自動化(hua)(hua)和(he)(he)高(gao)通量篩選。結合機器(qi)(qi)視覺和(he)(he)AI技術(shu)，實驗(yan)(yan)設(she)備可(ke)以實現智能(neng)化(hua)(hua)操作，提(ti)高(gao)實驗(yan)(yan)效率(lv)。尤其在化(hua)(hua)學合成中(zhong)，AI驅(qu)動的(de)機器(qi)(qi)人(ren)平臺(tai)已經能(neng)夠(gou)在數天(tian)內完成原本數十年的(de)實驗(yan)(yan)任務，極大地提(ti)升了化(hua)(hua)學研究的(de)速(su)度(du)和(he)(he)精度(du)。

四是加(jia)速新(xin)材(cai)(cai)料的(de)研(yan)(yan)發。傳統的(de)材(cai)(cai)料研(yan)(yan)發往(wang)往(wang)基于試錯法(fa)，費時費力(li)。而AI能(neng)快速檢索、分(fen)析數以百(bai)萬(wan)計的(de)化學數據，提(ti)供材(cai)(cai)料性質的(de)預(yu)測，并推(tui)薦潛在的(de)新(xin)材(cai)(cai)料。這種智能(neng)化篩選模式將提(ti)高新(xin)材(cai)(cai)料的(de)發現速度和精確性。

《瞭望》：怎樣構建基于大數據的精準智能化學系統？

楊(yang)金龍：為構建基于大數據(ju)的精準智能化學系統，我們需進行(xing)以下工作：

第一，精(jing)準(zhun)收(shou)集(ji)與整理(li)數(shu)(shu)據(ju)后，進(jin)行數(shu)(shu)據(ju)清(qing)洗與質(zhi)量控制。首要任務是系(xi)統地收(shou)集(ji)化(hua)(hua)學數(shu)(shu)據(ju)，涵蓋反應條(tiao)件、產物特(te)性(xing)、材(cai)料性(xing)能等；其次，源于文獻、實(shi)驗日(ri)志、儀器記(ji)錄或計(ji)算(suan)模(mo)擬的數(shu)(shu)據(ju)，需(xu)經過篩選、整理(li)和標準(zhun)化(hua)(hua)，方便后續(xu)操(cao)作；再者，原始(shi)數(shu)(shu)據(ju)往往混雜有誤(wu)差或缺(que)項，數(shu)(shu)據(ju)清(qing)洗、異常(chang)值處(chu)理(li)、缺(que)失值填補和錯誤(wu)糾正都是確保數(shu)(shu)據(ju)質(zhi)量的必要步驟。

第二(er)，構建(jian)高(gao)效的數(shu)據(ju)存儲與管理(li)系統，提高(gao)數(shu)據(ju)的安(an)全性、可靠性和快速檢索(suo)能力，同時(shi)要考慮數(shu)據(ju)的備份及恢復機制。

第三，構(gou)建精準化學人工智(zhi)能(neng)(neng)大模型。首(shou)先要將數(shu)據(ju)轉化為易于模型處理(li)的(de)(de)形式，選(xuan)取數(shu)據(ju)中的(de)(de)關鍵特征降(jiang)低問題(ti)的(de)(de)維度，從而大幅提升模型性能(neng)(neng)，并減輕計算(suan)任務。其次(ci)，根(gen)據(ju)研究目(mu)標，選(xuan)擇適合(he)的(de)(de)機器學習(xi)或深(shen)度學習(xi)模型。隨(sui)后，利(li)用已整(zheng)理(li)的(de)(de)數(shu)據(ju)進(jin)行訓(xun)練，并調(diao)整(zheng)模型參數(shu)以追求最優效果。再(zai)者，系(xi)統地評估模型效果，利(li)用獨立測(ce)試集檢(jian)查模型的(de)(de)準確性和泛化能(neng)(neng)力。若(ruo)模型表(biao)現未(wei)達預期，應(ying)根(gen)據(ju)反(fan)饋調(diao)整(zheng)并持續優化。

我們現在(zai)正(zheng)在(zai)構(gou)建一種大參數模(mo)型，嚴(yan)格求解薛定諤方程(cheng)。一旦求解出薛定諤方程(cheng)，便可了解微觀物質(zhi)的性質(zhi)。換句話說(shuo)，就可以知道(dao)化學反應的結果，這(zhe)是(shi)一項激動人心的工作。

第四，進(jin)行精(jing)準(zhun)智能(neng)(neng)化學系(xi)統的持續(xu)學習(xi)與迭代。化學研究是(shi)一個不斷進(jin)化的領域(yu)，建立的精(jing)準(zhun)智能(neng)(neng)化學系(xi)統應具備(bei)持續(xu)學習(xi)能(neng)(neng)力，能(neng)(neng)夠吸收新(xin)知識(shi)、更新(xin)數據和模(mo)型，保(bao)持其準(zhun)確性和前瞻(zhan)性。

綜合看(kan)來，精(jing)準智能化學(xue)系(xi)統的構(gou)建(jian)涉(she)及從數據(ju)采集到模型優化的全(quan)流程(cheng)。這(zhe)不僅要(yao)求(qiu)對數據(ju)的嚴(yan)格(ge)處理和模型的精(jing)心選擇，更需(xu)要(yao)保障數據(ju)的安全(quan)和系(xi)統的持續更新。只有這(zhe)樣，才能在精(jing)準化學(xue)領域(yu)真正實現智能化研究(jiu)，持續推動科研進步。

探索分子世界(jie)的奧秘

《瞭望(wang)》：你帶領團隊在(zai)單(dan)分子器(qi)件(jian)研(yan)究方面走到了世(shi)界(jie)前(qian)列，單(dan)分子器(qi)件(jian)是(shi)如何工(gong)作的，與(yu)我們現有的器(qi)件(jian)工(gong)作原理有哪(na)些不同？

楊金龍：集成電(dian)(dian)路的(de)(de)器件(jian)如今已經做到了(le)幾個納米的(de)(de)尺(chi)度(du)，但站在(zai)量(liang)子(zi)(zi)(zi)力(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)角度(du)，這些器件(jian)尺(chi)度(du)的(de)(de)最終極限是單(dan)(dan)個分(fen)子(zi)(zi)(zi)甚至單(dan)(dan)個原子(zi)(zi)(zi)。單(dan)(dan)分(fen)子(zi)(zi)(zi)器件(jian)由單(dan)(dan)個分(fen)子(zi)(zi)(zi)構(gou)成，其(qi)功(gong)能(neng)由該分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)屬性(xing)決定。例如，我們可(ke)以利(li)用(yong)特(te)定有機分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)光電(dian)(dian)特(te)性(xing)來打造光電(dian)(dian)器件(jian)，或(huo)使用(yong)分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)磁(ci)學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)來構(gou)建磁(ci)存儲器件(jian)。一般(ban)說(shuo)來，單(dan)(dan)分(fen)子(zi)(zi)(zi)器件(jian)通(tong)(tong)過分(fen)子(zi)(zi)(zi)對(dui)外加(jia)刺激的(de)(de)響應(ying)來工作，通(tong)(tong)過施加(jia)電(dian)(dian)壓(ya)或(huo)光照，可(ke)以改變分(fen)子(zi)(zi)(zi)內部的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)分(fen)布或(huo)觸(chu)發其(qi)特(te)定振(zhen)動模(mo)式，從而調控(kong)其(qi)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)、光學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)等，實現(xian)所需(xu)功(gong)能(neng)。

為(wei)了調控(kong)單(dan)分子(zi)器件的(de)(de)(de)性能，需(xu)要對分子(zi)的(de)(de)(de)性質以及響應(ying)行為(wei)有深刻(ke)的(de)(de)(de)理(li)解，這(zhe)是單(dan)分子(zi)科學的(de)(de)(de)研究(jiu)內容，通常需(xu)要進(jin)(jin)行高(gao)精度的(de)(de)(de)理(li)論(lun)計算模擬和實驗(yan)表征來開展研究(jiu)。經常使用的(de)(de)(de)儀器設備包括掃描隧道顯(xian)微鏡(jing)(jing)（STM）和原(yuan)子(zi)力(li)顯(xian)微鏡(jing)(jing)（AFM）等，可以對單(dan)個(ge)分子(zi)進(jin)(jin)行高(gao)精度成像和操作。

與傳(chuan)統器(qi)件相比，單分(fen)子(zi)(zi)器(qi)件的(de)(de)(de)獨特之處在于其靈活的(de)(de)(de)可調控性(xing)(xing)與多(duo)(duo)樣性(xing)(xing)。現有的(de)(de)(de)器(qi)件，雖然尺(chi)寸(cun)越來越小，但還(huan)是利用(yong)的(de)(de)(de)半導體材料的(de)(de)(de)體相性(xing)(xing)質(zhi)，因此(ci)其工(gong)作原理不隨(sui)尺(chi)寸(cun)變化。而單分(fen)子(zi)(zi)器(qi)件的(de)(de)(de)工(gong)作原理由(you)分(fen)子(zi)(zi)本身的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi)決定。原則上可以設計出許多(duo)(duo)原理各異的(de)(de)(de)單分(fen)子(zi)(zi)器(qi)件。同時，單分(fen)子(zi)(zi)器(qi)件也更容易實現多(duo)(duo)功能集成。

總之，單分子器件(jian)因其獨特的(de)工作原(yuan)理與廣闊的(de)應(ying)用前景，為(wei)我們(men)提供了深入探究物質行為(wei)和(he)開發下一代(dai)納米技(ji)術的(de)機(ji)會，對未(wei)來的(de)188bet金宝搏在线與技(ji)術應(ying)用均具有深遠意義。

《瞭(liao)望》：你帶領團隊在單(dan)分子器件(jian)研究方(fang)面取得的成果將(jiang)來會產生哪(na)些應用(yong)？

楊金龍：自2001年(nian)以來，我們團隊在單分(fen)子器(qi)件(jian)研究中取得了一(yi)些突破，這些研究除了幫(bang)助(zhu)開發新型單分(fen)子器(qi)件(jian)外，還加深了我們對(dui)分(fen)子體系(xi)的理解。

首先，我(wo)們(men)成(cheng)功地“拍攝”出能夠分辨碳60化學鍵的(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)(dan)分子(zi)(zi)圖像(xiang)。碳60是(shi)一種非金屬(shu)單(dan)(dan)質，化學式為C60，是(shi)由(you)60個碳原子(zi)(zi)構成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)分子(zi)(zi)，這(zhe)是(shi)世(shi)界上首次(ci)直接觀察到分子(zi)(zi)內部(bu)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)嘗試。隨后于(yu)2005年，我(wo)們(men)利用STM針尖對吸(xi)附于(yu)金屬(shu)表面的(de)(de)(de)(de)(de)鈷酞(tai)菁(jing)分子(zi)(zi)進行(xing)了“單(dan)(dan)分子(zi)(zi)手術”，這(zhe)一創新手段使我(wo)們(men)成(cheng)為首個實(shi)現對單(dan)(dan)分子(zi)(zi)自旋(xuan)態控制的(de)(de)(de)(de)(de)團隊，大大拓展了人們(men)對分子(zi)(zi)體系進行(xing)操(cao)控的(de)(de)(de)(de)(de)能力(li)。2013年，我(wo)們(men)再次(ci)刷新紀錄，實(shi)現了亞納米(mi)級(ji)分辨率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)(dan)分子(zi)(zi)光(guang)學拉曼成(cheng)像(xiang)，實(shi)現了高(gao)空間分辨和化學分辨的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)合(he)。

除了這些顯著的(de)(de)技術突破，我(wo)們(men)(men)團隊也始終致力(li)于(yu)發展新的(de)(de)理論和方(fang)法(fa)。在新概念方(fang)面，我(wo)們(men)(men)引入了雙極(ji)磁(ci)性半導體，可以在此基礎上(shang)通過電(dian)場控制自旋(xuan)極(ji)化方(fang)向，為(wei)實(shi)現利用自旋(xuan)自由(you)度的(de)(de)電(dian)子學(xue)器件的(de)(de)發展提供了新的(de)(de)方(fang)向。

此外，我們還開發了電(dian)子結構(gou)計算(suan)新程(cheng)序，在(zai)國產“神威·太湖之光”超級計算(suan)機上首(shou)次實現(xian)千(qian)萬(wan)核心并行(xing)第一性原理計算(suan)模(mo)(mo)擬(ni)，隨后在(zai)“海洋之光”上實現(xian)了二(er)百(bai)五十(shi)萬(wan)原子的(de)電(dian)子結構(gou)計算(suan)。這相當于給科學(xue)家提供了一個(ge)強大的(de)計算(suan)模(mo)(mo)擬(ni)工(gong)具，可(ke)以更準確地研(yan)(yan)究材料的(de)性質和(he)行(xing)為(wei)。理論計算(suan)方法還可(ke)以用來進行(xing)新藥(yao)研(yan)(yan)發、材料設計以及復雜化學(xue)反應網絡(luo)分析等(deng)，有(you)望在(zai)藥(yao)學(xue)、材料科學(xue)、催化技術、信息技術及能源(yuan)轉換(huan)等(deng)領域(yu)提供新的(de)研(yan)(yan)究視(shi)角(jiao)和(he)強大工(gong)具。

（《瞭望》2023年第43期 ）

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