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自然界中水结冰等相变现象非常普遍。30日，记者从中国科学院物理研究所获悉，来自该所与北京大学等单位的研究人员，首次通过实验证实水结晶成冰时可以直接形成立方冰，澄清了关于立方冰能否自然形成的争议。相关研究成果在线发表于《自然》杂志。

在自然界中，我们常见的冰都呈六角片状，被称为六角冰。早在1935年，诺奖得主、美国著名化学家莱纳斯·鲍林就曾预言还存在另一种形状的冰——立方冰。“然而，单晶、纯相的立方冰是否自然存在，一直都是科学界广泛关注但悬而未决的争议问题。”中科院物理所研究员白雪冬坦言。

通过研发原位冷冻电镜技术，结合原子分辨像差校正电镜技术和低剂量电子束成像技术，研究团队成功以分子级分辨率观测了冰的生长结晶过程：在低温冷盘上，气相水凝结成冰晶时，立方冰优先形核生长，同时六角冰也在独立形核生长。

“我们通过实验证实了水结晶变成冰的过程中，可以形成各种形貌不一的单晶立方冰。”中科院物理所副研究员王立芬说，但是，随着时间的增加，在冰晶整体中，六角冰的占比会逐渐增加。据此，研究人员认为，自然界中无处不在的异质界面，比如灰尘、矿物质的表面，在立方冰的形成中起着重要作用。

白雪冬表示，这项研究对冰晶结构及其形成机理研究、冰晶合成与应用控制具有重要意义。

立方冰的分子级成像及形核结晶过程。图片由中科院物理所提供