再发Science：C₆₀富勒烯新发现！

值得一提的是，这也是同一课题组历经四年，再发《Science》！2019年，该课题组报道了C60 富勒烯的旋转振动量子态分辨率。

【今日《Science》解读】

遍历性（英语：Ergodicity），是指动力学系统或随机过程的统计结果在时间和空间上的一致性，表现为时间均值等于空间均值。例如要得出一个城市A、B两座公园哪一个更受欢迎，有两种办法。第一种办法是在一定的时间段考察两个公园（在空间上考察）的人数，人数多的为更受欢迎公园；第二种办法，随机选择一名市民，跟踪足够长的时间（在时间上考察）来统计他去两个公园的次数，去得多的为更受欢迎公园。如果这个两个结果始终一致，则表现为遍历性。

在多原子分子中， 12C60以其结构刚性和高度对称性而著称，它呈笼状，具有类似于足球的稠环结构（截头二十面体）。该分子由20个六边形和12个五边形（60个顶点和32个面）组成，在顶点处包含一个碳原子，并在每个多边形边上包含一个共价键。

12C60可抑制IVR并实现光谱分辨率和光泵浦的单个振动状态——对于具有174种振动模式的分子来说，这是一种不寻常且偶然的情况。其较小的旋转常数和刚性的笼状结构确保即使在振动激励很大程度上被冻结时也能填充数百种旋转状态，这可以通过适度的缓冲气体冷却至约120 K来实现。因此，热系综12C60可以通过消除振动“热带"来揭示跨越数百个旋转量子的广泛的、状态解析的旋转扰动。

在前面的讨论中，作者仅关注二十面体对称的几何效应。然而，一般来说，测量的张量缺陷光谱可能会表现出额外的J相关缩放和偏移，这取决于12C60特定的分子内耦合。为了解决12C60中的旋转扰动，在这项工作中，作者探索了1185 cm−1 T1u(3)谱带。通过使用腔增强连续波(CW)光谱和量子级联激光(QCL)源，作者实现了低吸收灵敏度。通过跨分子吸收线同时扫描QCL频率和增强腔的自由光谱范围，并记录频率相关的吸收，作者获得了600 MHz宽的吸收光谱。通过使用傅里叶变换光谱仪直接校准QCL频率以及与低信噪比(SNR)频率梳光谱中的匹配光谱特征进行比较，将这些光谱拼接在一起。作者在整个测量频率范围内获得了∼6MHz的绝对频率精度。

具体来说，当分子“旋转"到更高的J（基态总角动量）时，分子固定框架中角动量矢量J的动力学在遍历和非遍历状态之间切换。在非遍历状态中，不同的矢量J轨迹存在于相同的能量范围内，但仍被能垒分开。在高J的限制下，这些轨迹之间的隧道效应太弱，无法恢复遍历性，从而在精细结构水平统计中留下特征显示。这种现象与IVR的不同之处在于三个关键方面：（i）它涉及矢量J的分子框架方向的“传输"而不是振动能量；(ii)它可能发生在远低于IVR阈值的情况下；(iii)当角动量变化时，它在遍历（由六级张量相互作用描述）和非遍历（由十级张量相互作用描述）状态之间来回切换多次。

图 3. 获得P分支张量能量缺陷与J的关系

小结：