2008年7月25日
拍摄几纳米厚的冰的形式大部分冰应该是不可能的。扫描隧道显微镜(STM)不应该依靠与冰因为STMs创建图像进行电流、运行与冰的一个基本绝缘。
桑迪亚的康拉德Thurmer(如图所示)和规范Bartelt推的边界扫描隧道显微镜(STM)冰形象——一个材料被认为是不适合STM的绝缘特性。(图片由兰迪Wong)
但是,成功地用STM图像冰——正是桑迪亚国家实验室物理学家规范Bartelt和康拉德Thurmer。
“水与固体相互作用是非常重要的,”Bartelt说。他指出,燃料电池和水净化系统的设计两个方面,可以受益于新的STM的信息。“获得直接信息是困难的,所以成像多小冰晶生长在固体表面是一个重要的进步。这是可靠的信息,允许基本理论得到证实。这是我们为实现提供明确的信息。”
冰块或雪花吗?
Bartelt和Thurmer的研究是出于桑迪亚的同事彼得Feibelman water-solid相互作用的理论研究。2002年,Feibelman有重大突破在解释water-solid交互。他的研究解释了为什么一个初始层水分子平躺于贵金属钌。
冰图片回答一个基本的神秘冰:雪花在经典的六面形成对称的形状,但在较低的温度下,生长在一个冰立方形式。这种现象是60年来一直困惑着科学家们。
Bartelt和Thurmer发现当一个冰膜非常薄,测量平均一个纳米厚,水分子形成小、表格群岛的水晶冰。一旦厚度达到4或5纳米,冰岛联合起来,开始形成一个连续的电影。在最近的一次物理评论B,研究人员表明,冰立方形式当冰晶合并。因为不匹配的原子步骤山庄的铂基板相对于冰,冰的聚结经常造成螺丝混乱。由水分子将进一步增长发生螺旋螺杆周围混乱的步骤,创建过程中冰立方。
推动STM的边界
STM是出了名的挑剔的科学设备,和使用冰只增加了困难。2020欧洲杯下注官网的STM功能定位急剧,针状的尖端附近的样本,然后允许一个微小的电流流过的差距。STM的尖端是在样品表面扫描,所需的电压位置的扫描仪用于形成一个图像样本。
“通常,STM只能如果导电衬底,“Bartelt说。通过坚持和耐心,Thurmer得知图像冰,一个需要一个电流小于以前试过——事实上,三个数量级小于通常使用。
Thurmer的直观的决定改变STM的参数,即那些对电压和电流,使成像冰晶可行。基本上,Thurmer找到了所有被认为存在。
获得的STM建于1981年,它的发明者,Gerd Binnig海因里希·罗尔,1986年诺贝尔物理学奖。“表面科学的发现引起了重生,彻底改变了,但直到现在,人没能应用到冰,“Bartelt说欧洲杯线上买球。“事实上,我们可以应用这些方法来冰是非常令人兴奋的。”
STM实验并不总是工作。“因为你想让原子分辨率,几个原子的顶端提示可以完全摆脱了实验中,“Bartelt说。“如果你没有得到一个图像,你不知道如果你的小费是坏或你选择错误的参数。”
事实上,两位物理学家从来没有期望过,他们可以形象厚冰的电影;他们希望几个分子。Thurmer解释说,即使在他开始成像厚冰的电影,他不相信结果。相反,他认为他们只是误导电子构件。
因为Thurmer只希望看到电影几个分子厚,他STM提示设置太近;这是剃掉的电影。“大约一个月,我们认为电影是不一样高。我们认为冰的绝缘质量使他们似乎更高,”他解释说。“我增加电压,冰似乎很流行。尽管如此,我认为这仅仅是相同的电子产品。”
然而,研究者不能想出另一个解释为什么出现这么高的电影。Thurmer然后故意变得很厚的电影和逆转STM的极性,导致一个证明了厚度的冰雕,事实上,真实的。
两个Sandians不放在他们最初的成功;事实上,两位物理学家说,他们正在努力建立在他们的突破。未来的实验包括把盐放在冰晶体盐如何改变晶体的增长和沉淀与水分子反应,如原子氧,以确定确切的点表面水解。
“我们形象的能力这些冰电影了许多激动人心的新实验,“Thurmer说。
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