他的研究提出了基本化学过程的微观机制，为理解分子系统的微观行为提供了新思路，对化学、物理、材料等学科领域具有潜在的驱动作用。
本次研究涉及的微波谱仪具有广泛的应用前景，但其产业化、商业化尚处于起步阶段。“同时，努力实现国产化也是中国微波谱学家未来的任务之一。”谢志军说。
5个水分子和3个氢键
据介绍，该项研究旨在从微观到宏观探索物质化学和物理性质的转变过程。
在微观层面，学术界主要关注单个原子和分子的电子结构、化学键的形成及其在不同条件下的反应过程，同时也涉及量子力学的应用。
事实上，对于现代电子结构和现代分子动力学计算来说，它们已经可以提供相对准确的描述，有助于理解物质的基本性质和基本行为。
近年来，随着该领域相关学者的研究逐渐转向宏观尺度，人们发现物质的性质开始呈现出更加复杂、多样的特征。
这时如果还用现有的理论，就很难从第一性原理的角度做出准确的描述。
因此该团队希望通过实验手段观察分子团簇的聚集、生长过程，从而推断和解释物质宏观性质的微观机制。
例如，推导并解释溶液体系、大气气溶胶和冰面中分子的化学反应动力学和热力学性质。
这将为大气化学、天体化学、材料设计、环境保护等领域提供更多的科学依据。
具体来说，这项研究旨在回答一个非常基本的化学问题：
我们在中学时学过，氯化氢气体溶于水后会离解成离子，从而形成盐酸，这些离子很活泼，可以参与和催化一系列反应。
比如参与金属的腐蚀、空气污染的形成、食物在人体胃中的消化等等。那么，一个氯化氢分子要解离出来至少需要多少个水分子呢？
这看似一个简单的问题，却困扰了学术界数十年。
以一杯室温下的盐酸溶液为例，其中大约有千万亿个分子，以每秒数百米的速度随机运动，并频繁发生碰撞。
在这种情况下，捕捉多个分子之间的相互作用非常困难。此前，物理化学家通常利用冷却技术将分子团簇在真空中分离出来，以观察它们的行为。
当然，在这个尺度上（几埃=几个0.1纳米），物质的行为通常包括分子振动、分子转动、核自旋、电子轨道等，因此它是一个量子化，也就是能量不连续的过程。
为此，研究团队利用超音速膨胀技术，在真空条件下对盐酸水团簇结构进行冷却分离。
此时，盐酸和水分子会通过一个小孔，从高压状态膨胀到真空室中，此时分子和惰性载气之间会发生碰撞。
这些碰撞将分子的内能转化为高度定向的动能，从而将分子冷却至 1-2 开尔文。在如此低的温度下，分子开始凝聚并形成团簇。
在真空室中，这些团簇可以持续存在数百微秒。在这段时间里，研究小组用微波辐射照射盐酸水团簇，以获得它们的旋转光谱指纹。
这些指纹特征携带有关簇的详细结构信息，可用于明确地识别不同的结构排列。
这项研究的关键在于氯原子的核自旋与分子团簇整体旋转能级耦合，导致旋转光谱呈现超精细结构。
这种超精细结构受到氯原子核周围电子的强烈影响。
基于此，研究小组对超精细结构进行了分析，获得了这些团簇中氯化氢分子单元是共价结合还是解离（离子结合）的信息。
通过精确测量氯原子核自旋对分子团簇整体旋转跃迁的扰动，研究团队确定了盐酸水团簇的结构，以及相应的氯原子核外电子云的分布。
由此，他们提出了一种可信度极高的盐酸溶剂化微观机制，从而回答了上述问题：即五个水分子可以通过三个氢键的直接作用，诱导氯化氢分子解离，从而形成离子对。
