中國科學(xué)家最新研究揭示“水的奧秘”

記者17日從中國科學(xué)院獲悉，該院院士王恩哥與北京大學(xué)江穎教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在國際上首次揭示了水的全量子效應(yīng)，從全新的角度回答了“水的結(jié)構(gòu)是什么”。

科學(xué)家介紹，水的結(jié)構(gòu)之所以復(fù)雜，重要原因之一在于水分子之間的氫鍵相互作用。由于氫原子核質(zhì)量很小，其量子特性不可忽視，氫鍵中也含有一定的量子成分。換言之，研究氫核的量子效應(yīng)對氫鍵相互作用產(chǎn)生什么影響，對于理解水、冰的微觀結(jié)構(gòu)和反常物性至關(guān)重要。

“氫核的量子化研究無論對于實(shí)驗(yàn)還是理論都非常具有挑戰(zhàn)性。”為此，江穎課題組與王恩哥課題組分別在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論方法上尋求突破，成功發(fā)展了對于氫核敏感的超高分辨掃描探針顯微術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)水分子內(nèi)部自由度的成像和水的氫鍵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型的直接識(shí)別，并探測到氫核的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移過程。

近期，他們又研發(fā)了一套“針尖增強(qiáng)的非彈性電子隧穿譜”技術(shù)，在國際上首次獲得了單個(gè)水分子的高分辨振動(dòng)譜，并由此測得了單個(gè)氫鍵的強(qiáng)度。

研究發(fā)現(xiàn)，氫核的量子效應(yīng)足以對水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響。進(jìn)一步分析表明，氫核的非簡諧零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)弱化弱氫鍵、強(qiáng)化強(qiáng)氫鍵，“這個(gè)物理圖像澄清了學(xué)術(shù)界長期爭論的氫鍵的量子本質(zhì)。”該課題組的科學(xué)家說。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。該雜志審稿人評價(jià)稱相關(guān)成果“一定會(huì)引起譜學(xué)界的廣泛興趣”。(完)中新社北京4月17日電 (記者 張素)