Вчені з Інституту фізики Китайської академії наук (CAS) зробили великий прорив у вивченні льоду, підтвердивши утворення чисто фазного кубічного льоду на низькотемпературних поверхнях. Висновки, опубліковані в Nature 29 березня, мають значні наслідки для широкого кола галузей, від матеріалознавства до кліматології.
Лід — це звичайна речовина, яка існує в різних формах залежно від умов, за яких вона утворюється. Найпоширеніша форма льоду, відома як лід Ih, має структуру гексагональної решітки, але за певних умов лід може утворювати інші структури, наразі знайдено 20 різних форм. У випадку кубічного льоду, відомого як лід Ic, сто років тому вважалося, що він відповідає за певний тип гало навколо сонця чи місяця. Насправді питання про те, чи дійсно існує кубічний лід, довгий час було суперечливим, оскільки було важко ідеально виявити чисту фазу льоду Ic у великій кількості експериментів.
Інтерстиціальна домішка Fe (IFI) викликала нульовий зв’язаний стан (ZBS). Авторство: Інститут фізики
У цьому дослідженні дослідники використовували кріогенну трансмісійну електронну мікроскопію (ТЕМ) на місці та осадження водяною парою на графені, щоб відслідковувати утворення кристалітів льоду в реальному часі з роздільною здатністю молекул.
Вони виявили, що отриманий лід був чистою фазою льоду I, більшість з яких становила монокристалічний лід Ic і невелика кількість льоду Ih. Було продемонстровано переважне зародження льоду Ic на низькотемпературних підкладках. Поліморфне різноманіття льоду цілком може пояснити, чому дифракційними методами раніше не було знайдено чистий лід.
Суперечка щодо кубічного льоду, таким чином, була вирішена на основі прямого зображення в реальному космосі за допомогою кріогенної ТЕМ на місці. Це досягнення зробить великий внесок у розвиток як мікроскопії, так і фізики льоду. Цей фундаментальний прогрес має важливі наслідки для нашого розуміння поведінки утворення льоду за різних умов, яке має широке застосування в таких галузях, як матеріалознавство, геологія та кліматологія.