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  从日常日子中的冰块、冰水，到天然环境中的冰雪、冰川……冰是很常见的。在一般认知中，它从一个细小的晶核开端，墨守成规长成规矩的三维晶体。但是，北京大学物理学院量子资料科学中心教授徐莉梅、教授江颖、特聘研讨员郊野及王恩哥院士团队，在微观世界捕捉到了推翻知识的一幕：水分子牵引整个结构协同演化，像蜘蛛编织网相同逐渐打开。研讨团队初次在原子标准提醒了冰在二维下共同的“织网式”结晶进程。该效果日前发表于世界学术期刊《天然·通讯》。

  郊野介绍，研讨团队将水分子“撒”在石墨外表，在极低温条件下冻结成无序二维冰。随后经过缓慢升温“退火”，让二维冰逐渐结晶。在团队自行研发的国产高分辨率扫描探针显微镜下，科研人员初次“看见”冰从枝状分型结构到岛状晶域的原子级演化进程：起先出现细长枝杈状结构，跟着温度上升逐渐增宽、延展，终究拼接成片状“小岛”。

  最令团队惊奇的是，这场结晶盛宴中一直缺席的“主角”——传统成核理论中不可或缺的“临界晶核”，在这里竟消失得无影无踪。真实的“引导者”是外表吸附的水分子，它们好像“织网”一般，牵引整个结构协同演化。

  徐莉梅说：“这种“蜘蛛织网”式的结晶机制标明，无序二维冰的结晶不单单是平面分子的简略重排，还遭到三维分子的协同效果驱动。经过分子动力学模仿并结合机器学习构型解析，咱们不只重现了无序冰的有序化进程，更提醒了二维晶化中三维分子协同演化的微观机制。这一研讨效果，打破了长期以来关于冰及其他资料“先成核后晶化成长”的规则，为低维系统的无序向有序演化供给了全新的微观动态图画。”

  “这一研讨标明，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，这关于防结冰、低温冻存、气候变化甚至地外生命勘探等范畴具有极端严重的科学含义，有望催生革新性技能。此外，这一发现的含义并不限制于此，它还改写了人们对低维资料（如石墨烯、氮化硼等）结晶规则的了解，为低维资料的可控成长、原子级结构设计以及功用资料开发供给了理论基础。”江颖说。

  从日常日子中的冰块、冰水，到天然环境中的冰雪、冰川……冰是很常见的。徐莉梅说：“这种“蜘蛛织网”式的结晶机制标明，无序二维冰的结晶不单单是平面分子的简略重排，还遭到三维分子的协同效果驱动。