Aunque es bien conocido cuál es el punto de fusión del hielo (la temperatura a la que el hielo cambia a estado líquido), los científicos llevaban casi dos siglos intentando resolver una duda: por qué, incluso a temperaturas por debajo del punto de congelación, se puede formar una fina capa similar a un líquido.
El primero en observar este efecto, hace más de 170 años, fue el científico británico Michael Faraday, reconocido por su trabajo en el electromagnetismo y la electroquímica. Desde entonces, se conoce como “premelting” o, como en español, “prefusión” o “hielo prederretido”.
A pesar de su larga historia, dijo, a través de un comunicado, Jiani Hong, investigador de la Universidad de Pekín (China), “la estructura microscópica de la capa prefundida sigue sin entenderse bien”.
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La dificultad, agregó Hong, radica en que el “acceso experimental a las estructuras interfaciales desordenadas y su dinámica a escala atómica es extremadamente difícil”.
Ahora, junto a un equipo de colegas de universidades chinas, Hong ha revelado la estructura molecular del hielo “prederretido”. De esta manera, aseguran, han resuelto el misterio que inició hace más de 170 años para comprender ese fenómeno.
Para lograrlo, detallan en el estudio que publicaron recientemente en la revista académica Physical Review X, utilizaron, en un primer momento, una técnica llamada “microscopía de fuerza atómica (AFM)”. Es un camino que le permite a los investigadores trazar una especie de “mapas” de la superficie a una escala que es imperceptible para el ojo humano (una escala atómica).
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Sin embargo, reconocen los científicos, a pesar del nivel de resolución alcanzado con este método, les resultaba insuficiente para desentrañar el misterio por completo.
Por eso, para poder avanzar hacia una solución, los investigadores combinaron el aprendizaje automático con la “microscopía de fuerza atómica” y entrenaron a un algoritmo que les permitiera detectar las características del hielo “prederretido”.
Ese enfoque les permitió encontrar el camino adecuado, pues pudieron reconstruir las características de la superficie a escala molecular, algo que era impensable en el pasado.
Esta “pre-fusión”, concluyen los responsables del estudio, “desempeña un papel clave en las ciencias físicas, químicas, de materiales y biológicas”. Y ahora, tras casi dos siglos de misterio, se conoce su composición molecular.
“Reconocer esta fase, previamente pasada por alto, informa nuestra comprensión del derretimiento y el crecimiento del hielo. Nuestro marco asistido por IA ofrece un enfoque prometedor para explorar otros problemas en la ciencia de los materiales y las superficies, incluyendo superficies complejas y desordenadas, catalizadores, materiales funcionales y biomoléculas”, escribieron los autores en el artículo.
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