碘化银上结冰的秘密：表面结构是关键

水的冻结通常由固体颗粒上的异质冰核作用引发。纯水平均需低至-38°C才结冰，而碘化银（AgI）在-4°C即可触发冰形成，是最有效的冰核剂之一，这归因于其与六方冰的晶格匹配度高（小于2%）。然而，AgI高效冰核作用的原子级机制一直不明确。AgI的基面具有极性且本质不稳定，需要通过表面重构等补偿机制来稳定，但这可能会破坏与冰的有利晶格匹配。

本研究结合非接触原子力显微镜（nc-AFM）和先进计算建模，在超高真空条件下测定了AgI基面的原子结构。结果显示，银终止的（0001）表面呈现（2×2）重构，具有有序的银空位，这种结构保留了表面原子的六边形排列，有利于冰的外延生长。相反，碘终止的基面则形成复杂的矩形重构，与连续冰层的形成不相容。

通过原子分辨率成像发现，AgI的两个基面为补偿极性而经历不同的表面重构，导致气相中冰生长的模式截然不同。银终止表面促进外延冰生长，形成二维六边形冰网络；而碘终止表面与六方冰之间缺乏外延关系，仅形成孤立的三维冰簇。这些发现揭示了表面原子结构在异质冰核作用中的决定性作用，并表明银终止基面是AgI高效冰核作用的主要原因。