水的第一性原理描述中的量子涨落与同位素效应

核量子效应，如零点能和隧穿，会导致氢键系统（如液态水）的结构和动力学发生显著变化。然而，由于目前无法使用电子结构的精确描述来模拟液态水，核量子效应与电子量子效应之间的相互作用仍不清楚。在此，我们利用同时纳入原子核和电子量子力学性质的模拟，提供了粒子量子动能、氢交换为氘时的自由能变化以及水中同位素分馏比的完全第一性原理测定。这些选择性地探测核自由度量子性质的属性，使我们能够与最近的实验进行直接比较，并阐明电子交换与关联以及核量子涨落如何决定水中氢键的结构。