Британские и немецкие ученые смогли пролить свет на такое обыденное, но до конца непонятное явление, как образование льда. При помощи специальных экспериментальных подходов были получены изображения мельчайших частиц льда, образующихся на гидрофобных металлических поверхностях, а теоретическое моделирование позволило рассчитать их структуру.
Изображения ледяных кластеров были получены при температуре 5 градусов Кельвина (- 268 °С). Самые маленькие из них – гексамеры – состоят из шести молекул воды. Это самые элементарные снежинки. Также были визуализированы кластеры из семи, восьми и девяти молекул.
При наблюдении таких объектов возникают вполне понятные трудности – кластеры очень хрупки и легко разрушаются электронами. Поэтому необходимо использовать как можно более слабые токи.
Теоретическое рассмотрение преподнесло ряд неожиданностей. Расчеты показали, что связи между молекулами воды в кластерах могут быть неравноценны – некоторые короче, а некоторые длиннее. Это проясняет тот факт, что молекулы воды образуют водородные связи между собой и при этом могут связываться с поверхностью, которая инициирует зародышеобразование.
Результаты работы позволяют объяснить механизмы образования льда на поверхностях различных материалов, таких как переходные металлы и соли. Также существует возможность обобщения и разработки теории формирования кластеров на любых твердых поверхностях, например, на частицах аэрозолей или пыли, находящихся в атмосфере.
Работа была опубликована в
Nature Materials.
