新型光谱方法揭示水的量子秘密

洛桑联邦理工学院的研究人员首次独家观察了液态水中参与氢键的分子，测量了以前只能通过理论模拟才能获得的电子和核量子效应。

水是生命的代名词，但将 H 2O 分子连接在一起的动态、多面相互作用——氢键——仍然是个谜。当水分子之间的氢原子和氧原子相互作用并在此过程中共享电子电荷时，就会形成氢键。

这种电荷共享是三维“氢键”网络的一个关键特征，它赋予液态水独特的性质，但迄今为止，人们仅通过理论模拟才能理解此类网络核心的量子现象。

现在，由洛桑联邦理工学院工程学院基础生物光子学实验室主任 Sylvie Roke 领导的研究人员发表了一种新方法——相关振动光谱(CVS)，使他们能够测量水分子参与氢键网络时的行为。

至关重要的是，CVS 允许科学家区分此类参与(相互作用)分子和随机分布的非 H 键(非相互作用)分子。相比之下，任何其他方法都会同时报告两种分子类型的测量结果，因此无法区分它们。

“当前的光谱方法测量由系统中所有分子振动引起的激光散射，因此你必须猜测或假设你所看到的是由于你感兴趣的分子相互作用引起的，”Roke 解释道。

“通过 CVS，每种不同类型的分子的振动模式都有自己的振动光谱。由于每个光谱都有一个独特的峰值，对应于沿 H 键来回移动的水分子，我们可以直接测量它们的属性，例如共享了多少电子电荷，以及 H 键强度受到怎样的影响。”

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