美国科学家发现的证据表明，即使在室温下，液态水表面的结构也随着接近水-空气界面而变得越来越像冰。加州大学伯克利分校的菲利普·盖斯勒 (Phillip Geissler) 和内森·奥登达尔 (Nathan Odendahl) 进行计算机模拟 空气和水之间不均匀的界面并确定了有序的图案，他们认为这些图案与冰有显着的共同点。
从大气到人类肺部，地球上许多最重要的过程都发生在水滴的表面，这使得这项研究对物理、化学和生物学具有潜在的影响。
盖斯勒说：“我们几十年来一直致力于了解水在其整体环境中的情况，但在界面上却出现了错误。”他利用模拟在实验中无法达到的分子水平上研究水。空气-水界面的光谱测量产生了令人惊讶的结果，表明表面存在有序的氢键。盖斯勒和奥登达尔对之前的模拟感到好奇，这些模拟建议将冰作为界面水结构的参考点，但他们认为这些结果并不是决定性的。因此，他们设计了一种更详细地搜索这些模式的方法。
寻找无序的结构
液态水是无序的，因此研究人员知道他们正在寻找的结构很难找到，因为它们只延伸到几个分子并被噪音淹没。他们认为，以前的研究人员遗漏了细节，因为他们将界面视为平面，而实际上它是柔软且凹凸不平的。十多年前，人们就开始研究软空气-水界面，并揭示了与表面平行的层，但盖斯勒和奥登达尔是第一个利用这一点来寻找与冰的联系的人。
盖斯勒说，当奥登达尔向他展示冰和水-空气界面叠加的第一个结果时，他感到很惊讶。他们认为，通过瞬时界面的额外细节，水表面的层可以分为子层（见上图）。平行的亚层是冰基面的一个特征，他们确信，它们呈现出冰和水-空气界面中的这些层之间的惊人相似之处。
盖斯勒和奥登达尔以这些子层为参考点比较了分子的方向，他们知道这对于冰中的四面体水分子来说是明确定义的。当研究人员绘制出靠近水表面的氧-氢键的有利方向时，他们观察到有序性，他们再次认为，这似乎对应于冰的表面。这些图案保持了几个分子直径，该直径大于散装水中预期的瞬态四面体结构。
对称性破缺迫使水组织
在争论他们的结论时，奥登达尔说：“拥有灵活的界面确实让我们有信心说，这不仅仅是几个机会指标。如果你看密度，如果你看方向，如果你看多层，就像我们看到的一切，似乎都是匹配的。”
水被证明在界面处是电死的
然而，对液体统计力学的解释研究始终存在争议。关于水-空气界面的持续争论将归结为如何定义冰的基本问题，以及仅延伸到几个分子的结构是否可以说具有晶体性质。回顾他们的结果，盖斯勒说：“我们现在有了这个结构参考点来思考这些结构主题，我认为这最终将被证明是一个非常有用的概念工具。”
该研究在 在美国化学学会的杂志.
