就像只用半皮秒就能打开开关一样

太阳能电池，量子计算和光动力癌症治疗。这些都涉及到分子在磁性和非磁性形式之间的转换。以前，这个过程被称为“自旋翻转”，在大多数情况下被认为是缓慢发生的。现在，密苏里大学的研究人员发现，在化学反应过程中，自旋翻转发生在1万亿分之一秒，或半皮秒。为了了解它有多快——手表以秒为单位计数，体育比赛的时间安排在10分之一秒，而光在10亿分之一秒的时间内传播的距离仅不到12英寸。旋转翻转更快。

“一个典型的分子可以有两种模式，要么是磁性的，要么是非磁性的，”麻省理工大学化学系的化学教授亚瑟·西茨说。如果他们“兴奋”，例如通过吸收光，他们可以从一种模式切换到另一种模式。大多数分子开始时都是非磁性的，但如果你用光激发它，它就会转变成磁性分子，反之亦然。”

众所周知，受光激发的分子的自旋翻转通常效率很低，所以它发生的很慢。化学反应中的自旋翻转是可能的，但已知的例子很少。密苏里大学的西茨和他的团队通过进行一个散射实验来测试在反应过程中是否会发生自旋翻转，在这个实验中，分子束相互碰撞，在真空室内产生化学反应。他们对他们的发现感到惊讶，并与坦普尔大学化学系的计算理论教授Spiridoula Matsika合作，以理解为什么自旋翻转发生在半万亿分之一秒，比之前想象的要快得多。

西茨说：“我们发现这种从磁性到非磁性的转变发生在化学反应之后，因为分子正在分裂，产物正在形成。”“有了这个理论，我们就可以理解和解释为什么在这个化学反应过程中，这种情况会非常有效地发生。”

研究人员说，了解这种行为对于许多科学领域都是基础，例如制造更高效的太阳能电池、量子计算和光动力癌症疗法。

这项研究“出口通道的系统间交叉”发表在《自然化学》上。本研究的其他合作者包括Mu和Alexander Kamasah的博士后李洪伟。Kamasah是研究期间在MU的一名博士生，现在是印第安纳州特雷豪特的RoseHulmanInstituteofTechnology的化学助理教授。这项研究的经费由美国能源部合同（DE-SC017130）和陆军研究办公室拨款（W911NF 17-1-099）和国家科学基金资助（CHE-1800 171）提供。内容仅由作者负责，不一定代表资助机构的官方观点。