低温环境下，氢原子运动特性更接近波，这一特性让量子隧穿现象成为可能。了解氢原子如何穿过势垒，在工业应用领域有着重要价值。不过，氢原子尺寸极小，直接观测其运动困难重重。

近日，《科学进展》杂志发表一项研究，东京大学工业科学研究所研究人员精确探测到钯金属中氢原子的量子隧穿现象。钯能吸收氢，其原子以重复三维立方结构排列成晶格，氢原子可占据钯原子间间隙位置进入晶格，这些位置呈八面体或四面体形状。氢原子稳定占据八面体位置，还能通过亚稳态四面体位置跃迁到另一个八面体位置，跃迁需克服能量势垒，高温下氢原子有足够动能跃迁，低温下因量子效应，氢原子也可跃迁，需声子或导电电子帮助。

论文第一作者小泽隆弘称，为理解氢量子特性，需确定其跃迁路径，因氢截面小，典型探测手段无效，团队采用通道核反应分析定位钯晶格中的氢。研究发现，注入钯中的氢原子先占据亚稳态四面体位点，再通过隧穿效应转移到稳定八面体位点，通过测量电导率可量化隧穿速率。资深作者福谷克幸表示，20K以上，隧穿速率随温度略有增加，是声子效应特征;20K以下，隧穿速率随温度略有下降，表明导电电子无法完美跟随氢原子运动。该研究加深了对氢扩散量子特性的理解，为开发基于量子效应控制原子行为的技术奠定基础。

更多信息： Takahiro Ozawa 等人，《钯中质子隧穿与声子和电子相关的观测》，《科学进展》 (2025)。期刊信息： 《科学进展》