科技日報北京5月23日電 (記者張佳星)記者23日從北京大學獲悉，利用自主研發的國產qPlus型掃描探針顯微鏡，北京大學江穎教授、徐莉梅教授、王恩哥院士聯合研究團隊首次獲得了六角冰(自然界最常見的冰)表面的原子級分辨圖像。該成果5月22日發表于《自然》雜志。
研究人員提供的一組對比圖顯示，同樣是冰表面成像，一張棱角分明，可以清晰展示微觀視界中的氫鍵；而另一張的邊界相對模糊，難以分辨細節。“利用我們的國產設備，可以獲得更加清晰的成像。”江穎介紹，圖中冰表面的五邊形、八邊形輪廓清晰，而進口設備的成像圖較難區分其邊數。
據介紹，江穎團隊長期致力于高分辨掃描探針顯微鏡的自主研發和應用，創新性地發展出了基于高階靜電力的qPlus掃描探針技術，此前已在國際上率先實現氫核成像。為了突破絕緣體成像難，團隊此次開發了一種通用的一氧化碳分子修飾針尖技術，可對各種絕緣體表面實現穩定的原子級分辨成像，并得到比進口設備更高質量的數據。
基于上述設備提供的原子級分辨率條件，團隊對不同溫度、氣壓的冰表面進行觀察，發現了一種由六角和立方兩種堆垛方式交替排列形成的結構。團隊還發現在-153℃左右，這兩種堆垛才會形成規則的三角晶格，處于真正的晶體狀態。隨著溫度的升高，三角形晶格會越來越不規則，最后變成無序狀態。也就是說早在0℃以下，甚至-100℃時冰已經開始融化。
江穎表示，冰在大氣中普遍存在，且對自然現象的發生起到關鍵作用，此次研究從微觀層面回答了冰具有潤滑特性、催化活性等科學問題。例如，冰對臭氧分解具有催化作用，可能是由于冰表面預融化時出現的缺陷態中存在可以發生催化反應的分子鍵。
《自然》雜志審稿人評價，采用qPlus型掃描探針顯微鏡對冰表面進行原子級成像是一項重大技術創新；所獲得的分辨率在冰表面成像中是前所未有的；該發現將對大氣科學、材料科學等多個領域產生深遠影響。（科技日報）