水在人類生存中起著根本性的作用，是我們宇宙的主要組成部分，然而我們對水仍有不了解的地方。因此，東京大學工業科學研究所、京都大學和東北大學的一個合作小組調查了電子通過C60籠中單個水分子的傳輸。

簡單的系統往往是確定復雜信息的最佳起點單個水分子就是這樣一個系統。它僅由三個原子組成，為建立量子力學信息提供了一個極佳的模型。

將一個水分子引入C60籠(一種完全由碳原子組成的足球狀分子)可以得到H2O@C60，這是研究分離水的絕佳方式。研究人員使用“分子手術”實現了這一目標，即打開籠子，注入水分子，然后再次關閉籠子。

然后，研究員將H2O@C60當做單分子晶體管(SMT)，把一個H2O@C60分子安裝在兩個電極之間非常小的間隙中。由于電流只會通過獨立的分子，電子傳輸可以被高度具體化地研究。

科學家為H2O@C60 SMT生成了一個電導圖，也被稱為“庫侖穩定性圖”(Coulomb stability diagram)。它顯示了水分子的多個激發態。相比之下，一個空的C60籠狀的庫侖穩定性圖只顯示了兩個激發態。

科學家表示，因為包含兩個氫原子，水有兩種不同的核自旋狀態：正水(ortho-water)和仲水(para-water)。在正水中，氫的核自旋方向相同;而在仲水中，它們彼此相反。了解這兩類水之間的轉變是一個重要的研究領域。

研究人員測量了H2O@C60系統的隧道光譜，并通過將研究結果與理論計算相比較，將測量的電導峰歸結為水分子的旋轉和振動激發。他們還用太赫茲光譜法研究了H2O@C60，結果與隧道光譜法的數據一致。

這兩種技術都顯示了正水和仲水同時的量子轉動激發。這表明單個水分子在實驗的時間范圍內(大約一分鐘)在兩種核異構體(正水和仲水)的過渡。

研究報告的通訊作者Kazuhiko Hirakawa說：“我們的發現對理解水分子中的正/仲水波動做出了重要貢獻。由于水在化學和生物學、甚至在理解我們的宇宙方面發揮著重要作用，我們期望我們的發現能夠產生廣泛的影響。”

該研究論文題為"Inelastic Electron Transport and Ortho–Para Fluctuation of Water Molecule in H2O@C60 Single Molecule Transistors"，已發表在《納米快報》期刊上。

關鍵詞： 仲水 正水 東京大學 科學家