点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:我科学家首次揭示六角冰表面原子级分辨图像
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

我科学家首次揭示六角冰表面原子级分辨图像

来源:光明网-《光明日报》2024-05-23 10:39

  【科技前沿】

  光明日报北京5月22日电(记者晋浩天)北京大学物理学院量子材料科学中心、北京怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台江颖教授、徐莉梅教授、田野特聘研究员、王恩哥院士等合作,利用自主研发并商业化的国产qPlus型扫描探针显微镜,首次获得了自然界最常见的六角冰表面的原子级分辨图像。研究团队发现冰表面在零下153℃就会开始融化,并结合理论计算揭示了该过程的微观机制,结束了有关冰表面预融化问题长达170多年的争论。这项研究成果5月22日以《冰表面结构和预融化过程的原子分辨成像》为题发表于《自然》。《自然》研究简报栏目还对该研究成果进行了专题报道。

  “水是生命之源,而冰作为水重要的固体形态,广泛存在于自然界中。作为自然界中最普遍的表面之一,冰面承载着多种重要的大气反应,并影响众多自然现象,如冰的形成、臭氧的分解、雷云的带电等。在星际空间中,被冰覆盖的尘埃颗粒是复杂有机分子生成的关键载体。”江颖说,因此,冰表面的研究对探索生命起源和物质来源具有重要意义。然而,由于缺乏原子尺度的实验表征手段,我们对冰表面的了解仍处于初级阶段,甚至连基本问题——冰的表面结构是什么,尚未弄清楚。

  此外,冰表面常在低于其熔点(0℃)的温度下开始融化,这一现象称为冰的预融化。预融化现象对于理解冰面的润滑现象、云的形成与寿命、冰川消融过程等至关重要。田野介绍,自从19世纪中期,法拉第首次提出预融化层的概念以来,围绕其结构和机制的争论已经持续了170多年。这种持续争论的原因在于,相关研究主要依赖谱学手段,而这些手段受到衍射极限的限制,无法得到准确的原子尺度信息。因此,在实空间中对体相冰表面和预融化过程进行原子级分辨成像,是理解预融化层的关键。

  江颖课题组长期致力于高分辨扫描探针显微镜的自主研发和应用,创新性发展出了一套基于高阶静电力的qPlus扫描探针技术,并在国际上率先实现氢核的成像。2022年,课题组完成了qPlus型扫描探针显微镜的国产化样机,随后通过校企联合攻关,实现了该系统的整机国产化。在本工作中,研究团队进一步突破了绝缘体表面无法进行原位针尖修饰的限制,开发了一种通用的一氧化碳分子修饰针尖技术,可对各种绝缘体表面实现稳定的原子级分辨成像。“国产扫描探针显微镜得到了比进口设备更高质量的数据,为冰表面结构解析提供了关键支撑。基于该国产化设备,研究人员首次得到了自然界最常见的六角冰表面的原子级分辨图像,实现了对表面氢键网络的精确识别和氢核分布的精准定位。”江颖说。

  为进一步探究冰表面预融化过程,研究人员进行了系统的变温生长实验,发现冰表面在零下153℃时就开始融化。该工作颠覆了长期以来人们对冰表面结构和预融化机制的传统认识。冰表面重构所引入的高密度分布畴界,促进了预融化的发生,使得冰表面在极低的温度(零下153℃左右)下就开始变得无序,这个现象产生的温度远低于之前研究普遍认为的零下70℃左右。考虑到预融化开始的温度与大气层中的地球最低温度相当,这表明在自然环境中,大多数冰表面已经处于预融化的无序状态或者准液态。因此,理解地球上与冰相关的各种物理和化学性质,需考虑预融化过程中形成的表面缺陷和亚稳态的作用。“可以说,这些发现开启了冰科学研究的新篇章,将对材料学、摩擦学、生物学、大气科学、星际化学等众多学科领域产生深刻的影响。”江颖说。

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 铁路迎来中秋小长假客流高峰

  • 青春版《牡丹亭》走进北京大学

独家策划

推荐阅读
在知识产权保护的基础上,发展中部地区地理标志特色产业,对于促进当地乡村全面振兴,赋能经济高质量发展,意义重大。
2024-09-14 09:43
据《全国科技小院发展报告(2024)》显示,自2009年第一个科技小院成立以来,科技小院数量快速增长、参与主体愈加丰富,目前全国已建成1800多个科技小院,157个研究生培养单位参与其中,参与专家达2700余名、入驻研究生1万余名。科技小院发展模式日益成熟,成为推动乡村全面振兴的重要组织力量。
2024-09-14 09:42
药品监管部门坚持以“四个最严”要求为根本遵循,着力统筹发展和安全,统筹效率和公平,统筹监管和服务,有效保障药品安全形势总体稳定,促进医药产业高质量发展。今年1至8月,国家药品抽检共计20696批次,合格率为99.43%。
2024-09-14 09:34
国内首台工业级盾构滚刀智能换刀机器人、全球首款人工智能骨科手术机器人、元宇宙数实融合应用……
2024-09-14 09:32
医生在浙江,患者在新疆。一场跨越近5000公里的5G超远程机器人肝脏肿瘤切除手术正在进行。只见医生在机器人手术操作台上,灵活地操控机械臂;手术室中,机械臂收到指令,精准地完成各项手术动作……目前,浙江各医院已完成50余例援疆5G超远程机器人手术。
2024-09-14 09:31
每一项重大科技应用取得突破前后,均有对其理论上的持续争论。著名小说《仿生人会梦见电子羊吗?》引发的人与仿生人之间界限的讨论虽产生于20世纪,但一直延续至今,其蕴含的法律问题是人工智能究竟是否具备法律人格。
2024-09-13 10:14
移动物联网是以移动通信技术和网络为载体,通过多网协同实现人、机、物泛在智联的新型信息基础设施。
2024-09-13 10:14
据了解,“晓医”依托讯飞星火医疗大模型,基于大量资深中医诊疗经验和专业知识图谱数据,构建了规模大、覆盖病种全的知识库,包括中医病症知识“400+”种、穴位知识“400+”种、常用中草药“300+”种、古代医案“6200+”份等。
2024-09-13 10:13
目前,北京市已成为国内集成电路产业聚集度最高、技术水平最先进的区域之一,拥有涵盖“设计、制造、封测、装备、零部件及材料”的完备产业链条,呈现出以设计和制造为引领、装备强势支撑、封测加速成长的态势,形成以集成电路双“1+1”工程等新代际重大项目为带动,北方华创等龙头企业为牵引的快速发展态势。
2024-09-13 10:12
这是该量子随机数发生器芯片继今年3月取得国家密码管理局商用密码中心检测报告后的又一重大进展,进一步加速国产量子安全产品的规模化应用落地。
2024-09-13 09:12
今年是美敦力全球创新75载及在华全面发展35周年的重要里程碑
2024-09-12 20:41
小浪底水利枢纽是黄河干流三门峡水利枢纽以下唯一能够取得较大库容的控制性工程。今年9月12日是小浪底水利枢纽主体工程开工30周年的日子。
2024-09-12 10:26
新中国成立75年,写下了农业发展巨变的伟大历史篇章。党中央强农惠农富农政策,让“中国人的饭碗牢牢端在自己手中”有了新底气,让农民世代居住的绿水青山变成“金山银山”有了新希望。
2024-09-12 10:24
记者调查发现,免密支付、先用后付、极速付款、小额自动扣费等网络支付设置,这些支付手段在为网购服务提供便利的同时,却让不少消费者头疼不已,甚至有时候一不小心误操作就掉进陷阱,“莫名其妙”就花了钱。
2024-09-12 10:23
9月12日是中国预防出生缺陷日,今年活动的主题是“预防出生缺陷,守护生命起点健康”。
2024-09-12 10:21
截至9月9日16时,海南省12345热线受理涉及台风“摩羯”的相关诉求60536件,办结45964件。
2024-09-12 10:15
10日,首批6辆身着轻薄碳纤维复合材料“外衣”的重载铁路货车缓缓驶出生产线,展现出轻量化智能化的“科技范”,标志着全球首批碳纤维复合材料轻量化重载铁路货车正式下线。
2024-09-11 04:25
近年来,随着深度神经网络技术特别是AI(人工智能)算法模型的出现,AI绘画加速发展。AI绘画是继CG绘画(计算机生成绘画,即在平面设计软件辅助下进行绘画)、DSE绘画(数字特效绘画,
2024-09-11 04:25
NGC 4278具有致密的对称射电喷流结构和相对较弱的射电辐射,但其甚高能伽马射线辐射效率却显著高于射电星系,与耀变体相当。
2024-09-11 09:57
记者10日从中国航天科技集团六院获悉,当天,该院165所铜川试验中心亚洲最大高空模拟试验台考台圆满成功。
2024-09-11 09:56
加载更多