结冰这事儿吧，大家见得多了，尽管宏观条件都差不多，可水汽在不同材料表面长出来的雪花样子千奇百怪，有时候简直摸不着头脑。水分子为啥这么选？归根结底是熵和焓在较劲，选哪个路径都有可能。搞懂微观上那些瞬间的动态路径，才能解开冰晶长啥样的谜团。不过这些过程实在太快太局部了，想把它打开看清楚，必须得有那种眼睛特别尖、能看清时间和空间的设备。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理实验室的白雪冬课题组，几十年都在琢磨原位电镜这门技术。最近他们弄了个超灵敏的冷冻电镜，在大概102K的低温高真空中，往金属壁上喷点水蒸气成了冰。这一回破天荒直接盯着看了整个从无到有的过程。 大部分时候冰晶可不会老老实实直接变成热力学最稳定的那种六方冰，它们往往先长成一个半球形的立方冰胚。等到个头大了点儿，就沿着立方冰密排的⟨111⟩方向开始分叉。分叉方向慢慢就变成了那种常见的六方冰枝晶，跟自然界的雪晶分叉角度（差不多70.5°）对上了。 更厉害的是原子级别的成像结果：在立方冰核和六方冰枝晶中间有一层乱七八糟的东西，好像是立方和六方的堆垛层交错在一起。这层玩意儿像个过渡带，既能保持方向一致（外延），又能打破对称性让结构发生改变。 统计数据还发现了个怪现象：要是让晶核往不是密堆轴的方向长，就能直接长出纯的、单晶体的立方冰来，它就不变成六方结构了。这说明通过调整生长方向和界面环境，以后没准儿能在别的多晶材料体系里把那种高对称但不稳定的结构给抓住。 这篇文章叫做“Kinetics of Stacking-Order Evolution during Heterogeneous Ice Formation”，登在了Physical Review Letters这本杂志上。第一作者是物理所的黄旭丹博士和北京大学的袁梓峰博士。通信作者有白雪冬研究员、王立芬副研究员、徐丽梅教授还有王恩哥院士。这研究主要是靠国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青促会基金和博士后项目的资助才搞出来的。