冰作为水的固态形式，极其广泛地存在于人类的生态圈中，并发挥着不可替代的重要作用。不同于冰的体内性质，目前对冰表面的研究还处于非常初始的阶段，甚至一个最基本的问题：冰的表面结构人们仍然不十分清楚。

 

最近，中科院物理所博士生潘鼎与导师王恩哥研究员以及英国伦顿大学（UCL）Michaelides博士合作，利用密度泛函理论（DFT），从原子尺度上系统研究冰相Ih/XI的体内和（0001）表面性质。大量计算结果表明，冰XI中的氢键结合能较大，冰相Ih和XI的差别约5 meV/H2O。这与70K时分子热能的量级是一致的（KBT ~ 5 meV/H2O）。但是氢原子分布不同导致的能量变化，在表面上较之体内大致要少一个量级。他们同时进一步采用经验势，对不同温度下的情况进行了系统的蒙特卡诺模拟，发现72K时体内可能出现的有序-无序相变，在表面上将不会出现。也就是说，冰相Ih的（0001）表面，直到预融化之前，将一直保持一个较有序的状态。他们通过定义一个新的序参量，即冰表面平均最近邻的悬挂氢数目，最终对这个现象给出了很合理的解释。

 

该成果得到了国家自然科学基金委“创新研究群体”基金及中国科学院的资助。相关成果发表在近期的Physical Review Letter 101, 155703 (2008)上。（来源：中国科学院物理研究所）