近日，北京大學(xué)量子材料科學(xué)中間江穎、王恩哥等受邀在國(guó)際聞名雜志Progress in Surface Science上發(fā)表了題為“Atomic-scale investigation of nuclear quantum effects of surface water: Experiments and theory”的綜述文章【Prog. Surf. Sci. 92，203–239（2017）】，周全介紹和評(píng)述水的核量子效應(yīng)研究進(jìn)展，并瞻望其將來(lái)發(fā)展方向。Progress in Surface Science是外觀(guān)科學(xué)領(lǐng)域最具影響力的綜述期刊之一，分外看重跨學(xué)科的研究突破和緊張進(jìn)展，一年只出版4期，每期出版1-2篇文章。

水無(wú)處不在，理解水的結(jié)構(gòu)和物性對(duì)于人類(lèi)的社會(huì)和生命運(yùn)動(dòng)具有特別很是直接和深遠(yuǎn)的意義。然而，水的結(jié)構(gòu)和很多反常物性至今仍無(wú)法被人所理解。水之所以如此復(fù)雜，其中一個(gè)很緊張的緣故原由就是源于氫原子核的量子效應(yīng)。因?yàn)闅湓雍耸琴|(zhì)量最小的原子核，其量子特征（量子隧穿和量子漲落）會(huì)非常顯明。核量子效應(yīng)很有可能是揭開(kāi)水的世紀(jì)難題的關(guān)鍵所在。該綜述文章針對(duì)“如何精準(zhǔn)描述核量子效應(yīng)對(duì)水的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的影響”這個(gè)關(guān)鍵科學(xué)題目，回顧了十多年來(lái)國(guó)內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論方法上的進(jìn)展，并重點(diǎn)介紹了該團(tuán)隊(duì)將核量子效應(yīng)研究推向原子尺度的突破性工作，最后瞻望了核量子效應(yīng)研究的將來(lái)發(fā)展方向和面臨的題目。

水的核量子效應(yīng)研究是物理和化學(xué)學(xué)科交叉的一個(gè)復(fù)活長(zhǎng)點(diǎn)，也是國(guó)際上的一個(gè)新興領(lǐng)域，已顯現(xiàn)出非凡的生命力和廣泛的影響力。該團(tuán)隊(duì)在這個(gè)方向上取得了奠基性的成果，并引領(lǐng)了該方向的發(fā)展。近年來(lái)，他們自立研發(fā)了一套對(duì)原子核量子態(tài)敏感的掃描隧道顯微術(shù)，分別在實(shí)空間和能量空間實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫核量子態(tài)的細(xì)密探測(cè)；理論上，成功發(fā)展了一套基于第一性原理的路徑積分分子動(dòng)力學(xué)新方法（全量子化計(jì)算方法）。基于這些技術(shù)和方法，他們首次獲得水分子的亞分子級(jí)成像【Nature Materials 13，184（2014）】，發(fā)現(xiàn)一種新的二維冰相【Nature Communications 5，4056（2014）】，并觀(guān)察到氫核的協(xié)同量子隧穿【Nature Physics 11，235（2015）】，在國(guó)際上率先測(cè)定了氫鍵的量子成分【Science 352，321（2016）】。這些研究成果澄清了核量子效應(yīng)領(lǐng)域長(zhǎng)期爭(zhēng)論的關(guān)鍵題目，從全新的角度解釋了水的奧秘。

早些時(shí)候，江穎課題組還應(yīng)邀在Advances in Physics: X上發(fā)表了題為“Recent advances in inelastic electron tunneling spectroscopy”的綜述文章【Adv. Phys. X 2，907-936（2017）】，專(zhuān)門(mén)介紹核量子效應(yīng)研究的單分子譜學(xué)實(shí)驗(yàn)手段：非彈性電子隧穿譜技術(shù)，以及該技術(shù)在探測(cè)各種元激發(fā)、化學(xué)元素識(shí)別、化學(xué)結(jié)構(gòu)成像、催化反應(yīng)等方面的廣泛應(yīng)用。

這項(xiàng)工作得到了國(guó)家卓異青年科學(xué)基金、國(guó)家天然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支撐。江穎和王恩哥為文章的共同通信作者，博士后郭靜為文章的第一作者。理論計(jì)算方面的合作者包括北大物理學(xué)院李新征研究員和華中科技大學(xué)呂京濤教授。

編輯：安寧