量子隧穿是一種在極端限制條件下水分子的新行為，這種現(xiàn)象是由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家通過(guò)中子散射和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。這項(xiàng)研究成果可能有助于更深入地理解高限制環(huán)境下水的熱力學(xué)特性。
2025年10月7日，2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)公布，授予約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷特和約翰·M·馬蒂尼斯，以表彰其“在電路中發(fā)現(xiàn)宏觀量子力學(xué)隧穿和能量量子化”。
發(fā)現(xiàn)過(guò)程
ORNL的研究人員使用中子散射技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬方法，探索了水分子在極度受限環(huán)境下的行為。他們?cè)谥睆絻H為5埃（1埃等于百億分之一米）的超小六角形寬溝道內(nèi)觀察到了水分子的新型隧穿狀態(tài)。這些溝道位于綠寶石內(nèi)部，而水分子在這種環(huán)境中表現(xiàn)出了一種獨(dú)特的量子運(yùn)動(dòng)模式。
特征描述
在低溫狀態(tài)下，處于隧穿狀態(tài)的水分子能夠穿過(guò)隔開(kāi)的勢(shì)壘，展現(xiàn)出量子世界的獨(dú)特性質(zhì)。此時(shí)，水分子中的氧原子和氫原子似乎不再受到特定位置的約束，能夠在溝道內(nèi)的六個(gè)對(duì)稱(chēng)位置上同時(shí)出現(xiàn)。
應(yīng)用前景
這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解水在各種受限環(huán)境中的行為具有重要意義，如在分子膜溝道、碳納米管內(nèi)、沿晶粒邊界以及地質(zhì)環(huán)境中礦物質(zhì)界面上的擴(kuò)散和傳輸行為。這一成果可能會(huì)引起材料科學(xué)、生物學(xué)、地球科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注，他們將探討這一現(xiàn)象背后的原因，并嘗試將其應(yīng)用于相關(guān)材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。
參考資料 >
量子隧穿會(huì)超光速嗎?.百家號(hào).2024-11-25
三名科學(xué)家共享2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).人民日?qǐng)?bào).2025-10-07
量子隧穿效應(yīng)，量子糾纏，能解釋”穿墻而入“嗎?.搜狐科技.2024-11-25
量子隧穿讓物質(zhì)穿墻而過(guò)?科學(xué)小全帶你探索微觀世界的奇妙.百家號(hào).2024-11-25