中国科学家首次“看到”冰表面原子结构

发布时间:2024-12-05 17:11:10 来源: sp20241205

  据新华社电  (记者魏梦佳)冰的表面结构如何,何时开始融化、如何融化?这些问题困扰科学界已久。由北京大学物理学院、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,利用自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜,在国际上首次“看到”冰表面的原子结构,并揭示其在零下153摄氏度即开始融化的奥秘。该成果近日发表于国际学术期刊《自然》上。

  冰表面是多种自然现象和大气反应发生的重要媒介,对冰的形成、大气平流层中臭氧分解及雷云带电现象等均具有显著影响。但因缺乏原子尺度实验工具,科学界对冰表面结构的基本问题一直未有明确解答。轻元素平台特聘研究员田野介绍,团队利用qPlus型扫描探针显微镜,开发出可分辨氢原子和化学键的成像技术,实现冰表面水分子氢键网络的精确识别和氢原子分布的精准定位。探测发现,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,且拼接堆砌形成稳定的网络结构。

  研究还揭示了冰表面预融化机制。冰表面常在低于零摄氏度下开始融化,该现象被称为冰的预融化。轻元素平台负责人江颖教授介绍,受研究工具所限,科学界一直无法获得准确原子尺度信息,围绕冰表面结构和预融化机制的争论因此持续了170多年。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。

(责编:方经纶、陈键)