刷新人们对于低维质料结晶纪律的理解

光亮日报北京10月22日电（记者晋浩天）从一样平常糊口中的冰块、冰水，到天然情况中的冰雪、冰川……冰是很常见的。于一般认知中，它从一个微小的晶核最先，循序渐进长陈规则的三维晶体。然而，北京年夜学物理学院量子质料科学中央传授徐莉梅、传授江颖、特聘研究员旷野和王恩哥院士团队，于微不雅世界捕获到了倾覆知识的一幕：水份子牵引整个布局协同演化，像蜘蛛编织网同样慢慢睁开。研究团队初次于原子标准展现了冰于二维下怪异的“织网式”结晶历程。该结果日前发表在国际学术期刊《天然·通信》。

旷野先容，研究团队将水份子“撒”于石墨外貌，于极低温前提下冻结成无序二维冰。随后经由过程迟缓升温“退火”，让二维冰慢慢结晶。于团队自行研制的国产高分辩率扫描探针显微镜下，科研职员初次“瞥见”冰从枝状分型布局到岛状晶域的原子级演化历程：开初出现颀长枝杈状布局，跟着温度升高逐渐增宽、延展，终极拼接成片状“小岛”。

最令团队惊奇的是，这场结晶盛宴中始终缺席的“主角”——传统成核理论中不成或者缺的“临界晶核”，于这里竟消散患上无影无踪。真实的“指导者”是外貌吸附的水份子，它们犹如“织网”一般，牵引整个布局协同演化。

徐莉梅说：“这类‘蜘蛛织网’式的结晶机制注解，无序二维冰的结晶不单单是平面份子的简朴重排，还有遭到三维份子的协同作用驱动。经由过程份子动力学模仿并联合呆板进修构型解析，咱们不仅重现了无序冰的有序化历程，更展现了二维晶化中三维份子协同演化的微不雅机制。这一研究结果，打破了持久以来关在冰和其他质料‘先成核后晶化生长’的纪律，为低维系统的无序向有序演化提供了全新的微不雅动态图象。”

“这一研究注解，于低维与限域前提下，水的结冰九五至尊官网及相变举动远远凌驾了传统认知，这对于在防结冰、低温冻存、天气变化以致地外生命探测等范畴具备主要的科学意义，有望催生厘革性技能。此外，这一发明的意义其实不局限在此，它还有刷新了人们对于低维质料（如石墨烯、氮化硼等）结晶纪律的理解，为低维质料的可控生长、原子级布局设计以和功效质料开发提供了理论基础。”江颖说。

《光亮日报》（2025年10月23日 08版）