【#全新室温固态冰相被发现# 】#第21种冰相# 据美国趣味科学网站10月22日报道,科学家通过两颗钻石对水进行超强压缩,创造出这种在室温下保持固态的全新冰相。
这种名为“冰ⅩⅪ”的物质是水在极端压力下进入亚稳态后形成的。亚稳态是一种不稳定的物理状态,微小扰动就可能导致状态改变。
研究人员利用两颗钻石对水进行超高压压缩,并通过全球最大的X射线激光装置欧洲X射线自由电子激光装置(XFEL)探测到了“冰ⅩⅪ”的存在。研究团队发现,超压压缩的水会从高密度状态发生结构转变,进入极高密度状态。
这项10月10日发表在英国期刊《自然-材料学》上的研究指出,该发现可能对太空探索产生影响,为研究外星天体上冰的潜在形成方式提供了新思路。
德国电子同步回旋加速器研究中心的博士后研究员、该研究的合著者蕾切尔·赫斯本德在一份声明中表示:“我们的研究结果表明,可能存在更多高温亚稳态冰相及其相关的转变路径,这或许能为了解冰卫星的成分提供新视角。”
“冰ⅩⅪ”中的“ⅩⅪ”是罗马数字“21”,代表它是目前已知的第21种冰相。其他冰相包括四棱柱状晶体的“冰ⅩⅨ”,以及温度极高的超离子冰等。水分子的结构特殊,其双叉状氢原子可冻结成不同的晶体和非晶体结构,因而水能够以多种固相形式存在。
科学家通常通过在低温下对水施压(此时分子运动较慢),发现了许多水与冰的转变路径。他们认为,在较高温度下,此时分子动能更大,冰相的多样性会更低。
在这项新研究中,研究人员探索了室温(约22摄氏度)下水的成冰转变路径。团队使用了“钻石对顶砧”装置,该装置利用钻石极高的硬度对材料施加巨大压力。在研究中,水所承受的压力约为地球标准大气压的2万倍,迫使水分子紧密聚集,最终形成固态结构。欧洲X射线自由电子激光装置以每微秒(百万分之一秒)一次的频率扫描样本,追踪其结构变化。
韩国标准科学研究院研究员、该研究合著者李根宇(音)在声明中称:“借助欧洲X射线自由电子激光装置独特的X射线脉冲,我们发现了水在动态钻石对顶砧中经历1000多次快速压缩与解压过程中的多种结晶路径。”(编译/杨柯)
