水的各种独特物理和化学性质与水分子之间的氢键彼此作用紧密相干，如何在分子水平上断定水的氢键网络构型是水科学领域的要害科学识题之一,人力资源管理。因为氢键的构成重要源于氢原子和氧原子之间的静电作使劲(O-H…O)，要准确描写水的氢键构型，不仅须要断定氧原子的位置，还必需能识别氢原子的地位，也就是请求能在亚分子级程度上探测水分子在空间中的取向。然而，因为氢原子的品质和尺寸都十分小，对水分子进行亚分子级分辨成像极具挑衅性。
在此基本上，江颖课题组与王恩哥课题组严密配合，通过细心的论证和摸索，胜利地把亚分子级辨别成像和操控技巧利用到水迷信范畴，首创性地把扫描地道显微镜的针尖作为顶栅极（top gate），以皮米的精度把持针尖与水分子的间隔和耦合强度，调控水分子的轨道态密度在费米能级邻近的散布，从而在NaCl(001)薄膜表面上取得了单个水分子和水团簇迄今为止最高分辩的轨道图像。这使得研讨人员能够在试验中直接辨认水分子的空间取向和水团簇的氢键方向性。联合第一性原理计算，研究职员发明以往报道的盐表面的水分子团簇都不是最稳固的构型，并提出了一种全新的四聚体吸附构造。
从前三年，江颖课题组主要致力于超高分辨的扫描探针显微镜体系的研制和开发，深刻到单分子的内部开展亚分子级分辨成像和操控研究，并取得了一系列研究进展：在亚纳米标准对二维自旋晶格的近藤效应进行了实空间成像 [Science 333,324(2011)]；探测到了单个萘酞菁分子内部不同振动模式的空间分布[J. Chem. Phys. 135,014705(2011)]；对单个功效化分子内部的化学键实现了抉择性把持[Nature Chemistry 5,36(2013)]。
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北京大学量子材料核心、量子物资科学协同翻新中央江颖课题组与王恩哥课题组配合，在水科学领域获得重大冲破，在国际上首次实现了水分子的亚分子级分辨成像，使在实空间中直接解析水的氢键网络构型成为可能。相关研究结果于1月5日以Article的情势在线发表在《天然-材料》[Nature Materials DIO: 10.1038/nmat3848]。江颖和王恩哥是文章的共同通信作者，博士研究生郭静、孟祥志和陈基是文章的独特第一作者，物理学院的李新征研究员和量子资料中央的施均仁教学在实践方面供给了主要的支撑和辅助。这项工作得到了国度基金委、科技部、教导部和北京大学的赞助。
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编纂：舍予
图a： NaCl(001)薄膜名义吸附的单个水分子和水分子四聚体的三维STM图像。图b和图c分辨是单个水分子的HOMO跟LUMO轨道STM图像。图d和图e是两种存在不同氢键手性的水分子四聚体的HOMO轨道STM图像。图f-i：由第一性原理盘算得到的与图b-e绝对应的轨道图像。
该工作不仅为水-盐相互作用的微观机制提供了新的物理图像，而且为分子间氢键互相作用的研究开拓了新的道路。另外，该工作所发展的实验技术还可进一步运用于原子尺度上的氢键能源学研究，比方质子传输、氢键的造成和断裂、振动弛豫等。
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