界面水结构各层异性质的分子扭转之重要性

界面水的独特结构性质是电化学、气候科学和生物物理学等众多重要过程的核心。界面上，水分子表现出优先取向和改变的分子间氢键连通性。然而，对这种薄分子边界的层依赖异性结构进行特征化，仍是一个极具挑战性的任务，许多重要细节仍未知晓。本文结合一种新型深度分辨二阶谱光谱学与分子动力学模拟，研究了通过氢氧氢弯曲振动对空气-水界面各层异性结构的研究。首先，我们表明实验非线性光谱包含较大的类似于体积的(偶极子)贡献，这在以往研究中阻碍了对界面结构评估。通过减去该贡献，我们发现了难以捕捉的界面异性响应，其定量匹配于模拟预测。随后，通过分析界面光谱的振动线型和其深度依赖性，我们证明界面上分子的倾斜角和扭转角必须高度受限，这一结果得到模拟的取向分布的确认。最后，通过分析弯曲频率的深度和取向依赖性，我们发现与预期行为存在显著偏差，揭示了界面氢键网络的异常性质。