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位于加利福尼亚州利弗莫尔的桑迪亚国家实验室的研究人员最近拍摄了首批纳米级厚度冰膜的照片，这些照片是由扫描隧道显微镜 (STM) 拍摄的。通过详细捕捉水分子如何在冷的固体表面（本例中为铂）上沉积并聚集成冰膜，科学家们希望增进对水和固体如何相互作用的理解。这种基础知识可能有助于设计更好的燃料电池和水净化膜，并帮助破译地球大气层中导致雨雪的复杂过程。
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桑迪亚物理学家诺姆·巴特尔特和康拉德·图尔默使用 STM 创建了一系列图像，揭示了当铂表面——冷却至 140 开尔文（零下 208 华氏度或零下 133 摄氏度）——暴露于真空室中的水蒸气时，冰膜是如何生长的。图像显示，当冰膜非常薄时，只有纳米级厚度（百万分之四十英寸），水分子在铂表面形成小的、片状（扁平）的晶体冰岛。一旦厚度增加到四到五个纳米，冰岛就会连接起来，形成连续的冰膜。
STM 的工作原理是将一个尖锐的针状尖端定位在样品（在本例中为超薄冰）附近，然后允许微小的电流流过尖端和样品之间的间隙。为了创建图像，科学家们向 STM 的尖端（一种顶部带有一个原子的精细探针）施加电压，从而在尖端和被探测表面之间产生微小的隧道电流。尖端在表面上滑动，就像手指阅读盲文一样，跟踪表面的地形。然后使用尖端记录的坐标来生成图像。
但是 STM 只有在它探测的表面是导电的情况下才能工作。由于冰不是导电的，研究人员将 STM 的电流减少到正常量的一小部分，并在冰膜上施加负电压。这使得 STM 尖端能够从冰膜中剥离电子，从而提供了足够的电流来使成像正常工作。
图尔默说：“使用这些特殊的参数，首次有可能对几纳米厚的冰膜进行成像。这项新的见解可以用来测试和改进水-固体相互作用的理论模型。”