Ученые под руководством Шэна Мэна впервые смогли рассмотреть кристаллическую структуру двумерного слоя льда, в который собираются молекулы воды на поверхности высокоориентированного пиролитического графита. Для этого исследователи вырастили на поверхности слой аморфного льда — такой фазы воды, которая не имеет дальнего порядка — кристаллической структуры, поскольку старыми методами ее нельзя было обнаружить.
Затем химики повышали температуру образца, сублимируя лед и обнажая смачивающий слой (слой, который лежит между жидкой водой и графитом), анализируя этот процесс на сканирующем туннельном микроскопе Unisoku, работающем при давлении порядка 13 атмосфер.
В выращенном на графите льде под высоким давлением и низкой температурой плотность молекул воды составляет 0,134 молекулы на квадратный ангестрем — это самое высокое значение среди всех наблюдавшихся на практике двумерных кристаллических льдов.
После изучения структуры льда ученые смоделировали кристаллическую решетку льда с помощью теории функционала плотности, чтобы уточнить строение льда. Оказалось, что молекулы воды в подобных условиях объединялись в шестиугольники, ребра которых не соединяются. При этом структура решетки была не плоской, поскольку ее толщина достигала 1,5 ангестрем.