物理學(xué)家在鉆石砧槽中開創(chuàng)了一種新的激光加熱技術(shù)，從而發(fā)現(xiàn)一種新型冰。圖片來源：Chris Higgins

你放入飲料中的冰的官方名稱是“Ice I”，實際上冰一直排列到了“Ice XIX”。人們已知冰至少有20種不同的形式。這些不同的形式表現(xiàn)為不同的晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)冰或水受到不同的溫度和壓力組合時，它們就出現(xiàn)了。

近日，美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的研究人員開創(chuàng)了一種測量高壓下水的性質(zhì)的新方法，由此發(fā)現(xiàn)了一種新型冰“Ice VIIt”。相關(guān)論文發(fā)表于《物理評論B》。

在這項新研究中，水樣品首先被擠壓在兩顆相反方向的鉆石尖端之間，凍結(jié)成幾個錯綜復(fù)雜的冰晶。兩顆鉆石被稱為鉆石砧槽，這是高壓物理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)特征。通過擠壓鉆石之間的水樣品，研究人員將氧原子和氫原子推進(jìn)到各種不同的排列中。

然后，這些冰在一種激光加熱技術(shù)下短暫融化，再迅速形成另一種形式，類似粉末狀的微小晶體。

通過逐步提高壓力，并定期用激光束進(jìn)行轟擊，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種全新的冰，這是兩種已知冰形式之間的過渡形式。在大約5.1億帕斯卡的壓力下，“Ice VII”的立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一個前所未見的形式，由對稱的四方晶體組成。其被命名為“Ice VIIt”。在那之后，它就進(jìn)入了另一個被稱為“Ice X”的已知形式。

這種新型冰并不是該團(tuán)隊在實驗中唯一的發(fā)現(xiàn)。之前人們認(rèn)為“Ice X”是在大約100萬個大氣壓下形成的，但在新的研究中觀察到它在30萬個大氣壓下就形成了。這極大改變了它在自然界中可能出現(xiàn)的位置。

內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校物理學(xué)家Ashkan Salamat說：“研究表明，這種向離子狀態(tài)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在比之前認(rèn)為的低得多的壓力下。這是科學(xué)認(rèn)知缺失的一部分。該研究是在這種條件下對水進(jìn)行的最精確的測量?！?br/>

考慮到產(chǎn)生“Ice VIIt”所需的強(qiáng)大壓力，領(lǐng)導(dǎo)該研究的內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校博士生Zach Grande表示，雖然我們不太可能在地球表面的任何地方發(fā)現(xiàn)這一新形式的冰，但“Ice VIIt”或許在地球的地幔深處和其他行星中很常見。它甚至可能出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的富含水的系外行星的表面。

正因為如此，這項工作重新校準(zhǔn)了人們對系外行星組成的理解。研究人員假設(shè)，在太陽系外富水行星的地殼和上地幔中“Ice VIIt”大量存在，這意味著它們可能具有適合生命居住的條件。