氢的量子本性
化学物理
2019-01-18 v2
摘要
氢是宇宙中最丰富的元素。它亦最轻，因而在元素中最为量子化——意指量子隧穿、量子离域与零点运动可能十分重要。出于实际原因，大多数材料计算机模拟并未考虑此类效应，而是将原子核当作经典类点粒子处理。然而，材料的理论与模拟正处令人振奋之时，且得益于过去数十年的显著方法学进展，核量子效应如今可在复杂材料中精确处理。在本简要综述中，我们讨论近期关于核量子效应在含氢体系中所起作用的研究。我们举例说明核的量子本性如何对高压凝聚态氢中相边界位置产生显著影响，包括固–液熔化线的急剧下移。我们展示核量子效应如何促进分子氢在固体表面的解离吸附及原子氢跨表面扩散；这些效应与表面催化性能相关。最后，我们讨论核量子效应如何改变氢键的强度与结构，包括 DNA 中的氢键。总体而言，这些研究表明核量子效应可以许多不同、有趣且时而反直觉的方式显现。尽管历史上难以预先知晓核量子效应将有何种影响，一些重要的概念基础现已开始浮现。
引用
@article{arxiv.1812.07848,
title = {The quantum nature of hydrogen},
author = {Wei Fang and Ji Chen and Yexin Feng and Xin-Zheng Li and Angelos Michaelides},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.07848},
year = {2019}
}