日前，北京大学物理学院教授王恩哥、江颖带领的研究团队，凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”成果，荣获2025年度国家科学技术奖国家自然科学奖一等奖。

王恩哥团队合影

这项突破的核心，在于挑战了一个被物理学界沿用了近百年的基本假设——“波恩-奥本海默近似”，实现了电子与原子核自由度全量子描述。团队自主研发超高分辨显微镜，让人类第一次清楚看见水分子里最小的氢原子，精准测得单根氢键的核量子效应，确立了它的普适作用规律，并通过调控全量子效应，进一步创造出自然界中不存在的、打破“冰规则”的“二维冰”。这相当于找到了一种方法，可以在普通环境下实现极端条件才能产生的物质形态，从而去设计和创造全新的材料。

通过调控核量子效应得到的二维冰新物态

此次获奖的研究成果是依托北京怀柔科学城轻元素量子材料交叉平台深化完成的。

怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台是北京市第二批交叉研究平台，运用“全量子化”的核心思想，围绕“材料设计-精确制备-精准探测-量子器件”的技术路线，建成量子材料设计与预测、量子材料精确制备、量子物性精准探测与调控、量子器件加工与测试四个研究部门，汇聚以王恩哥院士为理事长、江颖教授为主任、刘开辉教授和李新征教授为副主任的20余位顶尖学者，现有科研人员近120人。

轻元素量子材料交叉平台的研究体系覆盖量子材料和器件、量子精密测量、原子级制造与表征等领域，面向企业及科研机构提供从基础研究到应用开发的全链条服务，覆盖量子科技、新材料研发、信息技术、能源与环境、生物医药、高端仪器制造等多个方向。

江颖在操作高分辨扫描探针显微镜

该平台相当于为全量子效应研究量身打造了一个“超级实验室”——从理论设计、材料制备、精准探测到器件研发，整条链条在一个平台上打通。

平台累计服务国内外科研机构和企业37家，涵盖英国牛津大学、英国曼彻斯特大学、德国马普所、中科院物理研究所、中科合成油公司等。

基于此，平台团队产出了一系列重要技术成果。

平台江颖团队自主研制出具有自主知识产权的光耦合qPlus型扫描探针显微镜，原创高阶静电力成像原理，突破了传统技术在氢原子成像方面的限制，将空间分辨率和探测灵敏度提升到国际领先水平，首次实现了氢原子的成像和定位，改变了我国高端扫描探针显微镜长期依赖进口的被动局面。

2026年3月，平台江颖团队“首次发现‘类固体’水”成果作为怀柔综合性国家科学中心重大突破性成果正式发布。该成果利用原创扫描量子传感显微系统，首次发现室温条件下纳米受限水的液–固相变，破解了纳米受限水的结构难题，为纳米受限水诸多反常物性的根源提供了统一的物理图像。

自行设计制作的qPlus型原子力传感器（左）

光耦合qPlus型扫描探针显微镜国产化样机（中）

单个水分子高阶静电力成像图（右）

此外，刘开辉团队依托平台支持，研制出高稳定光纤集成石墨烯超快电子源，可实现约80飞秒的超短电子脉冲、波动不超过±0.5%的卓越稳定性，工作500小时束流仅减小10%，实现超长寿命，核心参数比传统技术提升了10到100倍。

平台团队还首创了“晶格传质-界面生长”晶体生长新范式，使材料像生物体一样由内向外生长，目前可支持十万层原子生长，为制备新型晶体结构提供了理论支撑。

自平台立项以来，承担国家和地方项目29项，发表SCI论文70余篇，其中《Nature》和《Science》共24篇，获得授权专利21项，其中3项已实现转化。相关成果多次入选中国十大重大技术进展、中关村论坛重大成果等。

在科技成果转化和产业化方面，轻元素量子材料交叉平台同样迈出了坚实步伐。光耦合qPlus型扫描探针显微镜已实现整机国产化和批量生产，开始进入国内高校和科研机构采购体系，并出口国外。

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文字：狄玮钰

编辑：张祎璠