揭秘冰的秘密：原子级成像揭示冰表面结构与预融化机制

我国科研团队成功解析冰表面原子结构与预融化机制

近日，一支由我国北京大学物理学院、北京怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台（简称轻元素平台）组成的研究团队在国际学术期刊《自然》上发表了一项重大突破性研究成果。他们首次利用自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜，揭示了冰表面原子结构的神秘面纱，以及冰在零下153摄氏度时开始融化的奥秘。这一发现将有助于深入理解冰面润滑现象、云的形成及冰川的消融过程等。

长期以来，冰表面结构的基本问题和预融化机制一直是科学界的难题。尽管国际研究普遍认为，冰表面发生预融化的温度在零下70摄氏度以上，但科学家们却始终无法在原子尺度上获得准确的实验数据。

在这项研究中，研究团队巧妙地运用qPlus型扫描探针显微镜，开发出了能够分辨氢原子和化学键的高分辨率成像技术。这使得他们能够精确识别冰表面水分子氢键网络，并精准定位氢原子分布。研究发现，冰表面结构同时存在六角密堆积和立方密堆积两种排列方式，它们以稳定的网络结构相互拼接。

此外，研究团队还首次在原子尺度上观察到了冰表面预融化的过程。他们发现，冰表面在低于零摄氏度下即可开始融化，这一现象被称为冰的预融化。这一发现对理解冰面的润滑现象具有重要意义。

我国科学院院士、轻元素平台理事长王恩哥表示，这项工作刷新了长期以来人们对冰表面结构和预融化机制的传统认知，为冰科学研究开启了新的原子尺度视角。

审稿人对此成果给予了高度评价，认为团队对冰表面进行原子级成像是重要的技术创新，所获得的分辨率在冰表面成像中“前所未有”。专家们预测，这些发现可能对大气科学、材料科学等多个领域产生深远影响。