水冰是一种比我们想象的要复杂得多的物质。科学家们现在在实验室里创造了一种奇特的新型冰,称为“塑性冰 VII”。这种奇怪的冰可能自然存在于我们太阳系的其他行星和卫星上。



你饮料里的冰 —— 以及地球表面上几乎所有地方的冰 —— 在技术上被称为“冰I”,但科学普查实际上一直到冰 XIX。这些奇怪类型的冰具有不同的晶体结构和性质,并在各种压力和温度条件下形成。

与你预期的相反,塑性冰 VII并不是塑性冰的第七种形式。 相反,它是冰 VII的塑性版本,这种类型经常在实验室中产生,并在地球表面深处发现。 与冰 I的六边形晶体结构相反,冰 VII具有立方体结构。

塑性冰 VII与普通冰 VII具有相同的立方结构,但顾名思义,它更灵活一些。虽然分子仍然被锁在一个刚性的立方晶格中,但它们可以原地旋转。这使这种物质处于一种介于固体和液体之间的混合状态。

在实验室实验中,塑性冰在127到327°C(260到620°F)的温度和0.1到6千兆帕(GPa)的压力下形成。

这一发现是通过一种叫做准弹性中子散射(QENS)的工具得到的,随后是对分子动力学的详细分析和模拟。接下来,研究小组进行了中子和X射线衍射测量,以研究冰 VII是如何变成塑性冰 VII的。在某些情况下,这种转变似乎是连续的。

该研究的通讯作者Livia Eleonora Bove说:“连续转变的场景非常有趣,因为它暗示了塑性相可能是难以捉摸的超离子相的前体 —— 在更高的温度和压力下,氢可以自由地扩散到氧晶体结构中,这是水的另一种混合奇异相。”

冰的塑性和超离子相可能存在于天王星、海王星或木星的卫星木卫三等行星上。更好地了解这种奇怪的物质可以帮助我们了解这些世界的动态。

这项研究发表在《自然》杂志上。

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