170 yıllık “erken eriyen buz” gizemi çözüldü
Çinli araştırmacılar, makine öğrenimi ile atomik kuvvet mikroskopisini (AFM) birleştirerek, buz yüzeyinde oluşan “premelting” yani erken erime tabakasının moleküler yapısını ortaya çıkardı. Bu keşif, Michael Faraday’ın 170 yıl önce gözlemlediği ve o günden bu yana tam olarak anlaşılamayan sıvı benzeri yüzey tabakasının gizemini çözdü.
Premelting, buzun erime noktası altında bile yüzeyinde ince bir sıvımsı tabaka oluşmasıyla karakterizedir. Bu etki, sürtünme, kimyasal reaksiyonlar ve atmosferik süreçler üzerinde önemli rol oynar ve buz pateni gibi uygulamalarda kullanılır. Ancak bu tabakanın atomik ölçekli yapısı uzun süredir bilinmiyordu.
Pekin Üniversitesi'nden Jiani Hong ve ekibi, AFM ile yüzey taraması yaparak elde edilen verileri, makine öğrenimi algoritmaları ile birleştirdi. Algoritma, moleküler dinamik simülasyonları ve deneysel gürültü ile eğitildi. Böylece, AFM ile tek başına gözlenemeyen 3B atomik yüzey yapıları başarıyla yeniden oluşturuldu.
Araştırma, –152 °C ile –93 °C arasında amorf bir tabaka oluştuğunu ortaya koydu. Bu tabaka, kristal yapıyı kaybetmiş ama hâlâ katı dinamikler sergileyen bir yapıya sahip ve sıcaklık arttıkça sıvımsı bir hâle dönüşüyor.
Hong, bu yöntemin sadece buz yüzeyi için değil, katalitik yüzeyler, fonksiyonel malzemeler ve biyolojik sistemler gibi birçok alanda da uygulanabileceğini belirtiyor.