4月15日，《科学》(Science)杂志在线发表凝聚态物理研究所吕京涛教授与北京大学量子材料中心江颖教授、李新征教授和王恩哥院士研究小组题为《通过针尖增强非弹性电子隧穿研究氢键核量子效应》(Nuclearquantumeffectsofhydrogenbondsprobedbytip-enhancedinelasticelectrontunneling)的合作研究成果。吕京涛教授为论文的并列第一作者。

STM自1981年被发明以后就被广泛应用于物理、化学等领域。它是利用电子在电场作用下从金属探针到材料表面的量子隧穿过程来工作的。电子隧穿电流的大小和材料表面态密度成正比。据此，可以根据隧穿电流的大小来探测材料表面或者吸附在上面的单分子在原子尺度的实空间电子结构。原子在平衡位置附近的振动会对隧穿电流产生影响。因此，类似拉曼光谱，也可以通过分析隧道电流随偏压的变化作为一种电子谱学手段来探测分子的振动模式，通常称为非弹性电子隧穿谱(IETS)。

2014年吕京涛教授与合作者发展了一种基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法的第一性原理计算方法来高效的模拟发生共振隧穿过程时的IETS谱，并详细分析了与非共振谱在线型和强度上的巨大变化。利用这一方法，他们成功拟合了2009年韩国研究小组发表在Nature上的实验结果。部分结果迅速在Phys.Rev.B以RapidCommunication的形式发表。

北京大学研究小组发明的“针尖增强非弹性电子隧穿谱”技术，可以可控的实现非共振到共振IETS的转变。通过共振效应，IETS信号可以有一个数量级的增强，从而在国际上首次获得水分子的振动谱，使得测量单个氢键强弱成为可能。吕京涛教授把此前发展的理论和计算方法应用到了这一体系，通过计算不同探针-分子间距情况下IETS谱线从非共振到共振的转变过程，为实验分析提供理论支持(见下图)。

据悉，该工作获得了国家自然科学基金面上和青年项目的资助。

吕京涛是红宝石国际平台地址2013年引进的青年教师，此前分别在新加坡、丹麦从事研究工作，长期致力于小量子体系中的电、热、磁输运性质的理论研究。2015年他以红宝石国际平台地址为第一单位在《物理评论快报》(PhysicalReviewLetter)和《纳米快报》(NanoLetters)发表论文各一篇。

目前，吕京涛老师正在参评学校“十佳青年教工”：http://xgh.hust.edu.cn/vote.jspx?from=groupmessage&isappinstalled=0

论文链接：http://science.sciencemag.org/content/352/6283/321

图：(a)实验装置及电子输运过程示意图;(b)实验测量的IETS谱;(c)理论计算结果。

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