最新成果|北京大学江颖教授团队及其合作者：二维冰有序化的原子级机制
近日，北京大学物理学院量子材料科学中心徐莉梅教授、江颖教授、田野研究员及王恩哥院士团队，在原子尺度上揭示了二维冰从无序到有序的独特“织网式”结晶过程。相关成果发表在国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
图1 ：Nature Communications官网截图
研究团队以石墨表面为实验平台，将水分子在极低温下沉积，形成无序二维冰。随后，通过缓慢升温退火，让二维冰逐步结晶。借助北京大学与中科艾科米共同研发的国产商业化高分辨qPlus型扫描探针显微镜系统，科研人员首次“看见”了冰从枝状到岛状的原子级演化：起初呈现细长枝叉状结构，随着温度升高逐渐增宽、延展，最终拼接成片状小岛。
图2：原子尺度观测二维冰的无临界核结晶过程，随着退火温度升高，黄点标注的六元环晶体结构经历从枝状到岛状的结构演化。a-c. 原子力显微镜成像图; d-f. 分子动力学模拟结果[1]。
令人惊讶的是，这一晶化过程并非像传统成核理论所描述的依赖“临界晶核”生长，而是由表面吸附的水分子牵引整个结构协同演化，像蜘蛛编织网一样逐步展开。这表明二维冰的结晶不仅仅是平面分子重排，还受到三维协同作用驱动，呈现出独特的微观机制。
图3：文章截图
江颖教授在接受《光明日报》采访时表示：“这一研究表明，在低维与限域条件下，水的结冰和相变行为远远超出了传统认知，这对于防结冰、低温冻存、气候变化乃至地外生命探测等领域具有重要的科学意义，有望催生变革性技术。此外，这一发现的意义并不局限于此，它还刷新了人们对低维材料（如石墨烯、氮化硼等）结晶规律的理解，为低维材料的可控生长、原子级结构设计以及功能材料开发提供了理论基础。”[2]
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63664-z
参考文献：
[1] Yuan, ZF., Tian, Y., Tang, B. et al. Atomic-resolution imaging reveals nucleus-free crystallization in two-dimensional amorphous ice on graphite Nat Commun 16, 8628 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63664-z
[2]冰也会“织网”？我国科学家首次揭示……；光明日报，https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NzM0MzQ4MQ==&mid=2654910863&idx=2&sn=fd2bf3a40c4b30794cfd489c981d8c47&chksm=bc7de04fa7105b88bac376a15524abb4cf2cc324b104472eda7d69c274fbaaddc884d681a97b&scene=27
2024-04-23
3月22日-25日，由中国科学院物理研究所和北京纳米能源与系统研究所主办，中科艾科米（北京）科技有限公司承办，北京怀柔仪器和传感器有限公司协办的“2024交叉科学青年学术交流会”在北京怀柔召开。本次会议共60余位交叉科学领域青年专家学者参会，就交叉学科发展之路，促进交叉科学领域的科技交流和产业发展，展开深入交流和探讨。会议特邀北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士作大会特邀报告。
2024-04-17
近日，中科艾科米研发团队联合中国科学院物理研究所、中国科学院半导体研究所、北京飞斯科科技有限公司在《科学仪器评论》杂志上发表文章【Rev. Sci. Instrum. 94, 093701 (2023); doi: 10.1063/5.0165089】，详细介绍了研发的基于远端液化的全新无液氦亚3K低温扫描探针显微镜系统。该系统创新性地采取将具有大幅低频震动的制冷机安装在远端的独立制冷腔体的方案，实现了约2.8K的基础温度、近±0.1mK的温度稳定性、约1pm震动水平、小于10pm/h的温度漂移，能够在低温到室温宽温区范围内连续变温成像。
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3月17日-20日，由中国真空学会主办，中国科学院物理研究所、北京怀柔仪器和传感器有限公司、中科艾科米（北京）科技有限公司协办的“2023扫描探针显微成像技术与应用研讨会”在北京怀柔召开。本次会议邀请了中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心、中国科学技术大学、中国科学院大学、北京大学、清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、武汉大学、复旦大学、上海科技大学、上海交通大学、湖南大学、天津大学、云南大学等众多国内知名院所、高校的70余名专家学者。针对扫描探针显微成像技术的最新进展和发展趋势以及其在纳米科学、材料科学、表面科学等领域的研究与应用等内容，进行了深入的交流与探讨。
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