清華新聞網7月8日電 冰是宇宙中最重要的物質之一，它在地球和其他星體的環(huán)境和演化中扮演著至關重要的角色。然而，冰在極端條件下的結構和性質仍然充滿了神秘。冰中質子的量子隧穿通常被認為是非局域的，但是非局域隧穿的空間和時間尺度并不明確且難以使用傳統(tǒng)光譜手段直接觀測。同時，冰的熱輸運性質由氧晶格的長程聲子主導，對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力學的天然探測手段。
熱輸運的量子效應
近日，清華大學深圳國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的量子效應研究中取得新進展。兩個團隊通過測試高壓冰的熱導率，結合量子分子動力學模擬，發(fā)現了高壓下由大尺度協(xié)同量子隧穿引起的冰的熱導率的反常效應。研究表明，質子在冰中可以形成量子隧穿環(huán)，其空間尺度可以達到幾個納米，時間尺度可以達到幾十皮秒，這突破了對于冰中質子隧穿尺度的既有認知。研究揭示了大尺度耦合量子隧穿環(huán)這一無序晶體中全新的聲子散射機制，由該機制誘導的高壓冰反常低熱導行為將顯著影響冰行星的內部動力學演化模型的構建。
相關研究成果以“質子的長程量子隧穿誘發(fā)高壓冰的反常熱導率”（Proton collective quantum tunneling induces anomalous thermal conductivity of ice under pressure）為題，于6月26日發(fā)表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上。
清華大學深圳國際研究生院2022級博士生王昱峰、2019級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副教授王善民，博士陳見、周雪峰。論文得到清華大學深圳國際研究生院教授康飛宇的幫助和支持。研究得到國家自然科學基金國際（地區(qū)）合作交流項目、深圳市優(yōu)秀青年基金、深圳市穩(wěn)定支持重點項目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.264101
供稿：深圳國際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
