江穎課題組在Journal of Chemical Physics上發表“展望”文章

最近，beat365量子材料科學中心江穎課題組受邀在Journal of Chemical Physics的Spotlights專欄上發表題為“Structure and dynamics of water at surfaces probed by scanning tunneling microscopy and spectroscopy”[J. Chem. Phys. 145, 160901 (2016)] 的“展望”（Perspective）文章，介紹最近十年來，掃描隧道顯微鏡技術（STM）在表/界面水科學的應用，并對未來的研究方向及挑戰進行展望。Journal of Chemical Physics是物理化學領域的國際性權威雜志，具有很大的影響力，尤其是Spotlights專欄主要發表物理化學領域熱點研究方向的綜述性文章，受關注度極高。該欄目通常隻邀請相關領域的資深專家和院士，其中也包括不少諾貝爾獎獲得者，比如：南加州大學的Arieh Warshel教授，加州理工大學的Ahmed H. Zewail教授，康奈爾大學的Roald Hoffmann教授等。

表/界面水在人們日常生活中無處不在，表/界面水的研究是一項綜合性前沿研究，涉及多學科的交叉，在物理學、化學、生命科學、環境科學、能源科學、晶體工程、材料科學等基礎和應用領域中都扮演着重要的角色。表/界面水研究的常規手段是光譜、核磁共振、X射線衍射、中子散射等譜學和衍射技術。然而，這些研究手段的空間分辨能力都局限在幾百納米到微米的量級，無法得到原子尺度的信息。為了彌補這些不足，本世紀初，掃描探針顯微鏡技術（SPM）開始被應用于表/界面水的單分子級分辨探測，獲得了很多傳統譜學技術所忽略的微觀細節，并澄清了不少争論多年的科學問題。

江穎課題組長期緻力于超高分辨的掃描探針顯微鏡系統的自主研發，近年來在表/界面水的研究中取得了一系列突破：首次實現單個水分子内部自由度的成像和水的氫鍵網絡構型的直接識别[Nature Materials 13, 184 (2014) 和 Nature Communications 5, 4056 (2014) ]；直接觀察到了質子在氫鍵網絡内的協同量子隧穿過程[Nature Physics 11, 235 (2015)]；首次在單鍵水平上測定了氫鍵的量子成分，并揭示了水的核量子效應 [Science 352, 321 (2016)]。此次應邀發表的綜述從成像、譜學和操縱三個方面總結了掃描隧道顯微技術在水/固界面的結構、動力學及核量子效應研究的最新進展。同時，也提出研究更加複雜、真實水體系的可能性，例如：受限水、塊體冰、水合物等。此外，該綜述還展望了幾種全新的掃描探針技術，它們将有助于突破傳統掃描探針技術在樣品、探測環境、時間分辨、幹擾性等方面的局限，從而開辟表/界面水研究的新途徑。

相關工作得到了國家自然科學基金委、科技部、萬人計劃和量子物質科學協同創新中心的經費支持。博士後郭靜為文章的第一作者。特别感謝理論計算方面的合作者：beat365王恩哥院士、李新征研究員、徐莉梅研究員和華中科技大學呂京濤教授。

http://dx.doi.org/10.1063/1.4964668