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破解百年之谜,中国科学家首次“看到”水的原子极限

破解百年之谜,中国科学家首次“看到”水的原子极限
2018-05-15 10:45:18 新浪科技

继2014年获得世界第一张亚分子级分辨率的水分子图像后,中国科学家再次取得突破,将分辨率推向了氢原子极限,首次“看到”水合离子的原子级分辨图像。

——这是水合离子的概念提出一百多年来,人类第一次在实空间直接“看到”水合离子的原子级图像。

5月14日上午,中国科学院科学传播局在北京举行新闻发布会宣布了这项成果。该工作由北京大学量子材料科学中心江颖课题组、徐莉梅课题组、北京大学化学与分子工程学院高毅勤课题组与中国科学院/北京大学王恩哥课题组合作完成,相关成果已于当天在国际著名学术期刊《自然》杂志(Nature)发表。

中国科学院院士、北京大学讲席教授、中国科学院大学卡维里研究所名誉所长王恩哥说,我们都知道水的结构,但直到这次我们才看清楚水分子中的氢原子在什么位置。氢原子是世界上最轻的原子,我们看到了自然界的原子的极限。

水,这个自然界中最丰富、人们最为熟悉的物质,却也是人类最不了解的物质之一。《科学》杂志(Science)在创刊125周年之际,公布了本世纪125个最具挑战性的科学问题,其中就包括:水的结构如何?2015年,《德国应用化学》也将水的相关问题列入未来24个关键化学问题。

在当天的发布会上,王恩哥说,水之所以如此复杂,其中一个重要原因是氢(H)原子核的量子效应。水的分子结构很简单:H2O,而H是元素周期表中最轻的原子。一般来说,如果原子核较重,可以近似地把它处理为经典粒子,只需把电子量子化,从而对其进行研究——但这种方法套用在H这种“近似电子重量”的原子核身上,就失效了。

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