科学家利用高压和逾 2000 高温制造超离子冰

2026-09-11 22:43 by 失落之心

水是人类文明中最常见也最不可或缺的物质，但如果单纯以理化的视角来看，它其实是太阳系中最怪异的液体之一。结冰时体积膨胀密度变小、高得离奇的表面张力和沸点，若仅按分子量计算，它在室温下甚至本该是气态。而当我们离开地球，将环境调至极端的高温与高压时，水分子的行为还会变得更加离奇。一个法国的研究团队，近期在实验室中成功打造出极端环境下的新型态冰结晶——六方密堆积超离子冰(hexagonal close-packed superionic ice)。当水受到数百万大气压的强烈挤压时，高温下的气体膨胀会被强制抑制，进而转化为一种名为超离子冰的奇特物质状态。在这种状态下，水分子不再完整存在，氧原子会被死死锁定在固态晶格中，而氢原子核则像液体中的粒子一样，在晶格间自由穿梭扩散，形成一种既非纯固态、亦非纯液态的异相态。为了模拟天王星与海王星等冰巨行星内部的极端世界，研究团队将微量的水放置于两端钻石尖端之间，施加高达 230 万个大气压（与其对比，地球核心的压力为360万个大气压）的压力，并利用激光加热至 2,630K（约2,357℃）。透过高能同步辐射 X 射线的精细扫描，科学家首度捕捉到了氧原子呈六方密堆积（hcp）排列的超离子冰结晶。实验显示，随着压力与温度不断攀升，原本常见的面心立方（fcc）结构会逐渐发生层间滑移，最终完全转变为结构更为稳定的 hcp 超离子冰。 

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/sdrk-3m4t
https://tam.gov.taipei/News_Content.aspx?n=EF86D8AF23B9A85B&sms=F32C4FF0AC5C2801&s=BCC958AB40B714B3

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