ハイデルベルク大学物理化学研究所主導の最も複雑なシミュレーションにより、水中のプロトンの動きを制御する機構が解明された。研究者らは、6つの水分子間で共有されるプロトンの完全な量子的詳細を伴う動きを追跡した。プロトンは単一の粒子としてではなく、分子から分子へと「ホッピング」するように動く。

このプロトンの「ホッピング」運動は19世紀から知られている。水に溶解した酸は、放出されたプロトンが単一の水分子に留まらず、連続的に分子間を飛び移ることを示す。このグロットス機構は水中のプロトン輸送を制御し、電池のエネルギー貯蔵や生きた細胞内での信号伝達において重要な役割を果たす。

研究者らはプロトンの水中での動きをより理解するため、6つの水分子を含む拡張されたツンデル複合体をシミュレーションした。シミュレーションは、プロトンを取り囲む水分子の局所的非対称性が、プロトンの特徴的なホッピングを制御していることを示した。