近日，中国科学院物理研究所和浙江钱塘高等研究院的科研团队发布了最新研究成果，揭示了环状氢键中质子排列的对称性破缺现象。研究通过结合原子力显微镜及其谱学技术，发现质子在氢键中的排序受量子效应影响，表现出经典氢键和非经典氢键的并存现象。这一突破性的研究为我们理解分子间质子转移机制以及量子效应在氢键中的作用提供了全新的视角。

该研究聚焦于表面限制的苯并咪唑（BI）分子集合体，利用结合力谱技术（BR-AFM/AFS）成功探测出氢键的方向性及量子质子的脱局部化特征。通过计算和实验验证，研究人员揭示了质子可以在不同氢键之间快速转移，形成并恢复非经典氢键，这一现象为后续的量子态工程提供了理论支持。

此外，研究人员还发现，单一的BI六聚体能够在四种质子排序状态之间可逆转换，这一特性不仅展示了质子在氢键中如何参与集体运动，也为开发基于质子转移的量子材料奠定了基础。未来，该研究有望推动新型量子材料及有机铁电材料的开发，并为分子级别的质子传输机制提供重要的实验依据。

该项研究由中国科学院物理研究所的章一奇研究员和浙江钱塘高等研究院的吴克辉教授带领的团队主导，相关成果发表已于2025年12月02日发表在《自然·通讯》杂志（https://doi.org/10.1038/s41467-025-66848-9）。吴克辉教授是国家杰出青年基金获得者及国家“万人计划”科技创新领军人才，长期聚焦于低维量子材料表界面科学研究，在实验设计和数据分析方面发挥了重要作用，推动了团队在量子材料领域的持续进步与发展。

图1 单个BI分子中NH和N位点的力谱分析

图2 六聚体中的氢键方向性和质子排序表征

图3 针尖诱导单个BI六聚体中四种质子排序状态间的转换