【儀表網 研發快訊】近日，中國科學技術大學分子精密光譜研究團隊聯合英國倫敦大學學院(UCL)與德國計量局(PTB)在分子精密光譜與量子計量領域取得突破性進展。其最新研究成果以“Unprecedented Accuracy in Molecular Line-Intensity Ratios from Frequency-based Measurements”為題，于9月17日在國際著名期刊《科學進展》(Science Advances)在線發表。該工作通過發展完全基于頻率測量的光譜技術，將分子線強度比的測量不確定度降至0.003%，并首次實現基于光學方案、可直接溯源至玻爾茲曼常數的原級測溫，統計不確定度低至0.5mK，較之前文獻報道同類工作的精度提升10倍以上，為量子化學、精密測量及多學科交叉研究開辟了新范式。
 

圖1.雙波長腔模色散光譜裝置示意圖
 

　　研究團隊開發的“雙波長腔模色散光譜技術(DW-CMDS)”成功消除了測量中的共模誤差，使分子躍遷強度比的測量精度達到十百萬分之一水平，較此前國際最高水平(0.1%)提升近兩個數量級。這一技術突破直接推動了光學測溫技術的革新：基于分子光譜的熱力學溫度測定可直接溯源至基本物理常數，無需依賴傳統溫標傳遞，在燃燒診斷、同位素分析等計量場景中展現出巨大應用潛力。
 

　　圖2.實驗測量12C16O分子在3>>0 振動譜帶線強度比值(296K)與其他理論實驗結果的比較

 

　　CO分子作為迄今研究最為透徹的簡單分子之一，成為檢驗量子化學理論的理想對象。該研究對迄今最高精度的量子化學從頭算理論進行了直接檢驗——實驗數據和之前理論計算結果存在高達0.2%的系統性偏差，而與修正后的理論計算結果間的偏差可降低到0.02%水平，但仍然明顯大于實驗誤差。這種“近乎完美卻又暗藏差異”的結果，帶來了對分子偶極矩面電子關聯效應的新認識，實驗結果將成為標志性benchmark，指引量子化學理論和計算模型的進一步優化。
 

圖3.基于光學方案的高精度原級測溫
 

　　此項工作的核心價值在于其高度的學科交叉性：既是檢驗理論的“試金石”，通過實驗數據驗證最高精度量子化學理論預測的可靠性；也是精密光譜技術的“里程碑”，為分子物理參數測量樹立新基準；更是計量學領域的“新工具”，可廣泛應用于能源、環境等領域的高精度測量?！犊茖W進展》期刊審稿人對該工作給予高度評價，稱其為“an outstanding piece of experimental work……”“publication of this tour de force”“This is an astonishing result, and is well above the bar for publication in Science Advances”。
 

　　研究團隊表示，該技術有望進一步拓展至更復雜分子體系及極端物理條件下的測量，實現高精度的溫度計量、氣體與同位素分析等，助力解決量子化學、天體物理、地質化學等領域的關鍵科學問題。
 

　　中國科學技術大學研究生李進科、合肥國家實驗室王進博士為該論文共同第一作者，胡水明教授、談艷研究員(中國科大)、Jonathan Tennyson教授(UCL)為論文共同通訊作者。本工作得到了合肥國家實驗室、國家量子科技創新、國家自然科學基金、中國科學院先導專項等資金的資助。