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课题组将STM的亚分子级成像技术和实时探测技术相结合,实现了对)表面上单个水团簇内氢核转移的实时跟踪,直接观察到了氢核在水分子团簇内的量子隧穿动力学过程,确认了这种隧穿过程由四个氢核协同完成,是一种全新的相干量子过程,比经典过程更容易发生。该工作结束了水科学领域二十多年来关于“氢核协同隧穿是否存在”的争论,对于理解水/冰的相变和生命体中的质子传输有非常重要的意义。 课题组进一步基于STM发展了独特的“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术,突破了传统非弹性电子隧穿谱技术在信噪比和分辨率方面的限制,在单键水平上测量了氢核的量子涨落对水/盐界面上氢键键强的影响,提出了“核量子涨落强化强氢键,弱化弱氢键”的普适物理图像。首次在国际上测得了氢键的量子成分,澄清了氢键的量子本质,表明氢核的量子涨落不仅是对经典相互作用的简单修正,其效应足以对水的结构产生显著的影响,为理解水的微观结构和反常物性提供了全新的思路。该成果在2016年《科学》杂志上发表。 |
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