氷の表面は氷点下であっても、疑似液体層と呼ばれる非常に薄い水膜で濡れている。この現象は氷の表面融解として150年以上前から知られているが、そのメカニズムは謎だった。このたび北海道大学の研究グループがその仕組みを解明した。

同グループは、オリンパスと共同開発したレーザー共焦点微分干渉顕微鏡と呼ばれる独自の光学顕微鏡を用いて実験を行なった。この顕微鏡の高さ方向の分解能は1原子・分子レベルに達しており、疑似液体層そのものやその表面の揺らぎも可視化できる。

その結果、従来の定説に反し、水はそれ自身の固体である氷を完全に濡らすことができないため、疑似液体層は平衡状態では安定に存在できず、蒸発することが分かった。一方、氷表面がある一定の氷の成長条件あるいは消化条件を満たした時のみ疑似液体層が生成されることも突き止めた。これは、疑似液体層が水蒸気から氷へと相変化する(もしくはその逆)過程で過渡的に生み出された中間状態であることを強く示唆している。

表面融解自体は氷だけでなく、金属、半導体を含む他のさまざまな物質の結晶表面でも起こる普遍的な現象であり、今回の研究結果は物性物理学に留まらず、材料科学や地球環境科学を初めとする幅広い研究分野に大きなインパクトを与えることが期待されるとしている。