1842年，英国著名研究员迈克尔·法拉第(MichaelFaraday)偶然做出了惊人的观察：冰的表面形成了一层薄薄的水，尽管它远低于零度。温度低于冰的熔点，但冰的表面已经融化。冰晶上的这种液体层也是雪球粘在一起的原因。

探索胶体玻璃的表面熔化

直到大约140年后的1985年，这种“表面熔化”才能在受控的实验室条件下得到科学证实。到目前为止，表面熔化已经在各种晶体材料中得到证实，并且在科学上得到了很好的理解：在实际熔点以下几度时，在其他固体材料的表面上形成了只有几纳米厚的液体层。

由于材料的表面特性在其用作催化剂、传感器、电池电极等方面起着至关重要的作用，因此表面熔化不仅具有根本重要性，而且在技术应用方面也具有重要意义。

必须强调的是，这个过程与从冰箱中取出冰块并将其暴露在环境温度下的效果完全无关。在这种条件下，冰块首先在其表面融化的原因是表面明显比冰块内部温暖。

在玻璃中检测到表面熔化

在具有周期性排列原子的晶体中，表面上的薄液体层通常通过散射实验来检测，这对原子序的存在非常敏感。由于液体不是以规则的方式排列的，因此这种技术可以清楚地解决固体顶部液体薄膜的外观。

然而，这种方法不适用于玻璃(即无序、无定形材料)，因为固体和液体之间的原子顺序没有区别。因此，玻璃的表面熔化仍未通过实验进行探索。

为了克服上述困难，康斯坦茨大学物理学教授ClemensBechinger和他的同事LiTian使用了一个技巧：他们没有研究原子玻璃，而是制造了一种由称为胶体的微观玻璃球制成的无序材料。与原子相比，这些粒子大约大10,000倍，可以在显微镜下直接观察到。

研究人员能够证明这种胶体玻璃的表面熔化过程，因为与下面的固体相比，表面附近的颗粒移动得更快。乍一看，这种行为并不完全出乎意料，因为表面的颗粒密度低于下面的散装材料。因此，靠近表面的粒子有更多的空间相互移动，这使得它们更快。

一个惊人的发现

然而，令ClemensBechinger和LiTian感到惊讶的是，即使在颗粒密度达到体积值的地表以下很远的地方，与块状材料相比，颗粒的迁移率仍然明显更高。

显微镜图像显示，这个以前未知的层厚达30个粒径，并以条纹状图案从表面延伸到固体的较深区域。“这个深入材料的层具有有趣的材料特性，因为它结合了液体和固体特征，”Bechinger解释说。

因此，无序薄膜的特性很大程度上取决于它们的厚度。事实上，这种特性已经被用作电池中的薄离子导体，与厚膜相比，它的离子电导率明显更高。然而，随着从实验中获得的新见解，现在可以定量地理解这种行为，从而针对技术应用进行优化。