太赫兹光谱有望解释水的异常性质

液态水维持着地球上的生命，但其物理性质对于研究人员来说仍是个谜。最近，一个瑞士研究团队利用已有的太赫兹光谱技术测量了液态水的氢键。利用这种技术开展的工作，未来或许能帮助解释水的特殊性质。该团队在美国物理联合会（AIP）出版集团所属《化学物理学报》上报告了他们的发现。

研究人员利用超短可见激光脉冲激发了溶解在水中的染料分子，从而改变了它们的电荷分布。随后，太赫兹脉冲测量了周围水分子的反应。频率相对较低的太赫兹光谱使研究人员得以分析水分子之间存在的力。观察这些分子间的力或能帮助研究人员理解水的异常现象，因为液态水分子中的氢键构成了水的很多意想不到的性质，比如水在4℃时密度最大。

“我们在太赫兹频率范围内看到的反应极其缓慢。水通常被视为非常快的溶剂，能在亚皮秒量级内作出反应。但我们在太赫兹波段发现了10皮秒左右的时间尺度。”论文作者之一Peter Hamm介绍说。

但Hamm警告不要对此过分乐观。“结果经常有点令人失望，因为像水一样的液体的太赫兹光谱非常宽，并且极其模糊。这导致从里面提取信息很困难。”最新研究采用的时间分辨技术，或能克服这一限制。下一步，研究人员计划利用该方法探寻水仍处于液态但低于冰点时的结构和动力学机制。