清華新聞網(wǎng)7月8日電 冰是宇宙中最重要的物質(zhì)之一，它在地球和其他星體的環(huán)境和演化中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，冰在極端條件下的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)仍然充滿(mǎn)了神秘。冰中質(zhì)子的量子隧穿通常被認(rèn)為是非局域的，但是非局域隧穿的空間和時(shí)間尺度并不明確且難以使用傳統(tǒng)光譜手段直接觀(guān)測(cè)。同時(shí)，冰的熱輸運(yùn)性質(zhì)由氧晶格的長(zhǎng)程聲子主導(dǎo)，對(duì)氫原子的全局而非局域隧穿具有敏感性，因此可以作為氫晶格大尺度量子動(dòng)力學(xué)的天然探測(cè)手段。
熱輸運(yùn)的量子效應(yīng)
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院孫波副教授課題組和余曠副教授課題組合作在熱輸運(yùn)的量子效應(yīng)研究中取得新進(jìn)展。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)試高壓冰的熱導(dǎo)率，結(jié)合量子分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)了高壓下由大尺度協(xié)同量子隧穿引起的冰的熱導(dǎo)率的反常效應(yīng)。研究表明，質(zhì)子在冰中可以形成量子隧穿環(huán)，其空間尺度可以達(dá)到幾個(gè)納米，時(shí)間尺度可以達(dá)到幾十皮秒，這突破了對(duì)于冰中質(zhì)子隧穿尺度的既有認(rèn)知。研究揭示了大尺度耦合量子隧穿環(huán)這一無(wú)序晶體中全新的聲子散射機(jī)制，由該機(jī)制誘導(dǎo)的高壓冰反常低熱導(dǎo)行為將顯著影響冰行星的內(nèi)部動(dòng)力學(xué)演化模型的構(gòu)建。
相關(guān)研究成果以“質(zhì)子的長(zhǎng)程量子隧穿誘發(fā)高壓冰的反常熱導(dǎo)率”（Proton collective quantum tunneling induces anomalous thermal conductivity of ice under pressure）為題，于6月26日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2022級(jí)博士生王昱峰、2019級(jí)碩士羅日鵬為論文的共同第一作者，孫波和余曠為論文的共同通訊作者。論文合作者包括南方科技大學(xué)副教授王善民，博士陳見(jiàn)、周雪峰。論文得到清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院教授康飛宇的幫助和支持。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際（地區(qū)）合作交流項(xiàng)目、深圳市優(yōu)秀青年基金、深圳市穩(wěn)定支持重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.264101
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
