橡树岭国家实验室研究人员发现新的水分子态
橡树岭国家实验室的研究人员发现了局限在绿柱石超小晶格中的水分子的一种新的隧穿态，绿柱石晶格间距只有5埃。...
采用中子散射和计算机建模观察到水分子在极限条件下的独特行为，与目前已知水的气态、液态和固态行为都不相符。 在新一期的《物理评论快报》中，橡树岭国家实验室的研究人员发现了局限在绿柱石超小晶格中的水分子的一种新的隧穿态，绿柱石晶格间距只有5埃。1埃是十亿分之一米，单个原子的直径大约为1埃。
图1：研究人员发现在绿柱石中的水呈现出独特的性质。
橡树岭国家实验室化学和材料工程方面的负责人Alexander Kolesnikov指出，“在低温下，隧穿水具有量子特征，可以穿过分立的势阱运动，这在经典情况下是不允许的，也就是说水分子中的氧原子和氢原子是非局域的，因此会同时分布在通道中六个对称的位置。该现象只会发生在量子力学中，在现实生活中并没有对应的情况。”
水存在隧穿态可以帮助科学家更好的描述水分子的热动力学特征，以及水在极限环境下的行为，例如在细胞膜、碳纳米管、晶体界面和地质中矿物界面中水的溶解和传输情况。
ORNL另一名作者Lawrence Anovitz指出该发现也会激发材料学家、生物学家、地理学家和计算机科学家之间的讨论，从而能够更好的发现该现象产生的机制，以便能够更好的解释不通材料中水分子的行为。
之前的研究发现了其它系统中氢分子的隧穿行为，但是水分子的隧穿现象则是首次被发现。中子散射和计算化学实验都表明，水分子在隧穿态情况下会去局域化，水分子呈现一种特殊的双顶形状。
Kolesnilov指出，在几乎绝对零度情况下，从中子散射实验中得到的水质子的平均动能可以衡量其运动，该动能比其在液态或固态水中少30%，该结果与目前基于振动模式得到的能量值完全不符。
华盛顿湖科技研究所和华盛顿大学巴索分销研究人员利用第一性原理得到的模拟结果显示隧穿行为会与绿柱石结构中的振动发生耦合相互作用。
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