北大2020最新Nature: 原子级成像揭示了二维冰层的生长及其边缘结构

【引言】

表面水-冰层的形成和生长在生活中是极其常见的现象，包括在金属、绝缘材料甚至是石墨烯表面均能发现二维冰层的存在。虽然在先前的研究中，人们已经对这类表面现象进行了成像分析，但是对于冰生长过程中出现的超颖结构或者中间产物结构的捕捉至今也还未实现，一直阻碍着人们对于此类生长机制的深入研究。

【成果简介】

北京大学的江颖、王恩哥、徐莉梅以及美国内布拉斯加大学林肯分校的曾晓成（共同通讯作者）等人报道展示了利用非接触原子力显微学对在金(111)表面进行生长的二维双层冰的边缘结构实现了成像观察。研究发现，二维六方晶系的冰在生长过程中，不仅存在Z型边缘结构（常见于二维六方晶体），还有扶手椅型边缘结构与其共存。冷冻观察和进一步的模拟实验还揭示了二维冰的生长机制，其中Z型边缘结构参与涉及了从水分子演变到边缘结构的过程（集体性桥接机制），而扶手椅结构的中间产物则参与了局部的晶种生成和边缘重构过程。这些现象和机制研究为研究二维材料的生长机制提供了新颖的观察角度。2020年01月01日，相关成果以题为“Atomic imaging of the edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 二维冰层的实验观测及其STM、AFM图像

图2 二维冰层的AFM表征细节及其结构模型

图3 Z型和扶手椅型边缘结构的生长过程

图4 Z型和扶手椅型边缘结构生长的分子动力学模拟

文献链接：Atomic imaging of the edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1853-4）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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