液态水结晶冰的分子分辨率成像
材料科学
2025-11-12 v5 化学物理
摘要
尽管冰无处不在，但从未获得过从液态水结晶的冰或其产生的缺陷结构的分子分辨率图像。在此，我们报道了通过开发低温液体池透射电子显微镜（CRYOLIC-TEM），实现了从液态水结晶的冰 Ih 的稳定化和埃级分辨率电子成像。我们将晶格映射与分子动力学模拟相结合，揭示了冰的形成对纳米级缺陷（如取向错误的子域和被困气泡）具有高度容忍性，这些缺陷由分子尺度的结构基元稳定。重要的是，气泡表面采用低能纳米面，并在周围晶体中产生可忽略的应变场。这些气泡可以在电子辐照下动态成核、生长、迁移、溶解和聚结，并在接近稳态时进行原位监测。这项工作为以前所未有的空间分辨率理解水的结晶行为打开了大门。
引用
@article{arxiv.2406.00915,
title = {Molecular-Resolution Imaging of Ice Crystallized from Liquid Water},
author = {Jingshan S. Du and Suvo Banik and Henry Chan and Birk Fritsch and Ying Xia and Ajay S. Karakoti and Andreas Hutzler and Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan and James J. De Yoreo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.00915},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 5 figures, and 1 table. Supplementary Information: 35 pages, 37 figures, and 9 tables