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立方冰存在吗？科学研究又有新发现(3)

2023-03-30 08:52:23 来源：央视新闻 A+A-

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心白雪冬研究员、王立芬副研究员团队，通过发展原位冷冻电镜，借助像差矫正透射电子显微镜和低剂量电子束成像技术，成功实现了以分子级分辨率观测冰的生长结晶过程，并原位表征结构的演化。

立方冰的分子级成像及形核结晶过程

研究人员展示了-170℃左右的低温衬底上气相水凝结成冰晶的过程，发现了立方冰在这种低温衬底上的优先形核生长。分子级成像证实了水结晶可以形成各种形貌不一的单晶立方冰。而随着时间的增加，冰晶整体中六角冰的占比逐渐增加。研究人员分析，这表明异质界面在立方冰的形成中起着重要作用。而自然界中常见的降雪大多是水分子在灰尘矿物质等表面的凝聚生长，这种异质界面无处不在。

进一步地，研究人员表征了立方冰内部的常见缺陷。根据是否引进堆垛无序晶畴为标准，研究人员将立方冰内部的常见缺陷分为了两类，并利用电子束的激发效应探究了堆垛无序晶畴部分的结构动力学。实验观测结合分子动力学模拟结果表明，这种富缺陷的结构并不稳定，在电子束的扰动下缺陷层发生结构构型的协同扭曲乃至整体的攀爬。

立方冰中的缺陷在电子束辐照下的动态行为

研究人员注意到，无论在生长过程中还是电子束激发下，立方冰在观测时间内都保持着相当的稳定性，而未发生向六角冰转变的迹象。这种结构的稳定性验证了立方冰在水结冰过程中具有相当大的竞争力，因此可能在该过程中扮演着至关重要的角色。

通过研究，科研人员认为，雪花并不总是“六出”，水结晶也可以直接形成立方冰，而影响立方冰形成的关键因素可能在于无处不在的异质界面。该研究向人们展示了利用原位透射电镜技术，将冰的实验研究深入到分子水平。关于冰，其实还有很多的未解之谜，每一次实验技术的进步都会带给我们全新的认识。

（总台央视记者帅俊全褚尔嘉）

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(责任编辑：路子康 CN078)