水在人类生存中起着根本性的作用，是我们宇宙的主要组成部分，然而我们对水仍有不了解的地方。因此，东京大学工业科学研究所、京都大学和东北大学的一个合作小组调查了电子通过C60笼中单个水分子的传输。

简单的系统往往是确定复杂信息的最佳起点单个水分子就是这样一个系统。它仅由三个原子组成，为建立量子力学信息提供了一个极佳的模型。

将一个水分子引入C60笼(一种完全由碳原子组成的足球状分子)可以得到H2O@C60，这是研究分离水的绝佳方式。研究人员使用“分子手术”实现了这一目标，即打开笼子，注入水分子，然后再次关闭笼子。

然后，研究员将H2O@C60当做单分子晶体管(SMT)，把一个H2O@C60分子安装在两个电极之间非常小的间隙中。由于电流只会通过独立的分子，电子传输可以被高度具体化地研究。

科学家为H2O@C60 SMT生成了一个电导图，也被称为“库仑稳定性图”(Coulomb stability diagram)。它显示了水分子的多个激发态。相比之下，一个空的C60笼状的库仑稳定性图只显示了两个激发态。

科学家表示，因为包含两个氢原子，水有两种不同的核自旋状态：正水(ortho-water)和仲水(para-water)。在正水中，氢的核自旋方向相同;而在仲水中，它们彼此相反。了解这两类水之间的转变是一个重要的研究领域。

研究人员测量了H2O@C60系统的隧道光谱，并通过将研究结果与理论计算相比较，将测量的电导峰归结为水分子的旋转和振动激发。他们还用太赫兹光谱法研究了H2O@C60，结果与隧道光谱法的数据一致。

这两种技术都显示了正水和仲水同时的量子转动激发。这表明单个水分子在实验的时间范围内(大约一分钟)在两种核异构体(正水和仲水)的过渡。

研究报告的通讯作者Kazuhiko Hirakawa说：“我们的发现对理解水分子中的正/仲水波动做出了重要贡献。由于水在化学和生物学、甚至在理解我们的宇宙方面发挥着重要作用，我们期望我们的发现能够产生广泛的影响。”

该研究论文题为"Inelastic Electron Transport and Ortho–Para Fluctuation of Water Molecule in H2O@C60 Single Molecule Transistors"，已发表在《纳米快报》期刊上。

关键词： 仲水 正水 东京大学 科学家