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王恩哥、江颖等的研究成果入选“2016年度中国科学十大进展”

  2017年2月20日,科技部基础研究司与科技部高技术研究发展中心联合召开“2016年度中国科学十大进展解读会”,发布了2016年度中国科学十大进展。北大物理学院量子材料科学中心王恩哥院士和江颖教授等领导的“揭示水的核量子效应”研究成果入选。

  此次入选的2016年中国科学十大进展还有:研制出将二氧化碳高效清洁转化为液体燃料的新型钴基电催化剂;开创煤制烯烃新捷径;揭示水稻产量性状杂种优势的分子遗传机制;提出基于胆固醇代谢调控的肿瘤免疫治疗新方法;揭示RNA剪接的关键分子机制;发现精子RNA可作为记忆载体将获得性性状跨代遗传;研制出首个稳定可控的单分子电子开关器件;构建出世界上首个非人灵长类自闭症模型;揭示胚胎发育过程中关键信号通路的表观遗传调控机理。

     “中国科学十大进展”遴选活动由科技部高技术研究发展中心举办,至今已成功举办12届,旨在宣传我国重大基础研究科学进展,激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神,开展基础研究科普宣传,促进公众理解、关心和支持科学基础研究,在全社会营造良好的科学氛围。中国科学十大进展遴选程序分为推荐、初选和终选3个环节。《中国基础科学》、《科技导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》和《科学通报》5家编辑部推荐了278项科学研究进展,所推荐的科学进展须是在2015年12月1日至2016年11月30日期间正式发表的研究成果。科技部高技术研究发展中心此前组织召开了中国科学十大进展初选会议,按照推荐科学进展的学科分布,分成物理和天文科学、化学和材料科学、地球科学、生命科学等4个组,邀请专家从推荐的科学进展中遴选出30项进入终选。终选采取网上投票,邀请中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等2000余名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票,得票数排名前10 位的科学进展入选“2016年度中国科学十大进展”。

 

  附:“揭示水的核量子效应”成果简介

  水无处不在,理解水的结构和物性对于人类的社会和生命活动具有非常直接和深远的意义。然而,水的结构和许多反常物性至今仍无法被人所理解。《科学》杂志在创刊125周年之际,公布了本世纪125个最具挑战性的科学问题,其中就包括:水的结构如何?那么水为什么会这么复杂呢?

  对于大多数材料体系而言,一般只需要考虑电子的量子化,原子核则被当作经典粒子来处理。然而,水中三分之二的原子是氢原子,由于氢原子核的质量很小,其量子效应会异常显著。氢核的量子效应对水的氢键相互作用到底有多大影响?或者说氢键的量子成分有多大?被认为是揭开水的奥秘所需要回答的关键问题之一。由于氢核的量子化研究无论对于实验还是理论都非常具有挑战性,这个问题一直没有得到很好的解答。

  北京大学物理学院王恩哥和江颖研究组与合作者,在相关实验技术和理论方法上分别取得突破:发展了一套“针尖增强的非弹性电子隧穿谱”技术,获得了单个水分子的高分辨振动谱,并由此测得了单个氢键的强度;开发了基于第一性原理的路径积分分子动力学方法,实现了对电子量子态和原子核量子态的精确描述。基于此,他们在国际上率先测定了氢键的量子成分,首次在原子尺度揭示了水的核量子效应。研究结果表明,氢键的量子成分可远大于室温的热能,氢核的“非简谐零点运动”会弱化弱氢键、强化强氢键,这个物理图像对于各种氢键体系具有相当的普适性。

  该工作是对“氢键的量子成分究竟有多大”这一物质科学中基本问题的首次定量解答,澄清了学术界长期争论的氢键的量子本质,将可能刷新我们对水和其他氢键体系的认知,未来会对很多实际问题,如环境保护、清洁能源、药物设计等,发挥巨大作用。该研究论文发表在2016年4月15日Science [352(6283): 321-325]上,被匿名审稿人评价为氢核量子效应研究的实验杰作 (tour de force experiments),德国核量子效应研究领域权威专家Dominik Marx教授认为该工作“完成了难以置信的任务”,此外,英国物理学会著名杂志Physics World以“Probing the quantum nature of water”为题对该工作进行了专访报道。早些时候,该工作还入选了两院院士评选的“2016年度中国十大科技进展新闻”。

 

江颖与解读专家谢心澄院士合影

 


所有获奖人员合影