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重壓+激光,科學家發現新型冰
2022-03-23 16:03
來源:中國科學報
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  物理學家在鉆石砧槽中開創了一種新的激光加熱技術,從而發現一種新型冰。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為不同的晶體結構,當冰或水受到不同的溫度和壓力組合時,它們就出現了。

  近日,美國內華達大學拉斯維加斯分校的研究人員開創了一種測量高壓下水的性質的新方法,由此發現了一種新型冰“Ice VIIt”。相關論文發表于《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,凍結成幾個錯綜復雜的冰晶。兩顆鉆石被稱為鉆石砧槽,這是高壓物理領域的標準特征。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到各種不同的排列中。

  然后,這些冰在一種激光加熱技術下短暫融化,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,并定期用激光束進行轟擊,研究人員發現了一種全新的冰,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”的立方結構轉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隊在實驗中唯一的發現。之前人們認為“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的位置。

  內華達大學拉斯維加斯分校物理學家Ashkan Salamat說:“研究表明,這種向離子狀態的轉變發生在比之前認為的低得多的壓力下。這是科學認知缺失的一部分。該研究是在這種條件下對水進行的最精確的測量?!?/p>

  考慮到產生“Ice VIIt”所需的強大壓力,領導該研究的內華達大學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現這一新形式的冰,但“Ice VIIt”或許在地球的地幔深處和其他行星中很常見。它甚至可能出現在遙遠的富含水的系外行星的表面。

  正因為如此,這項工作重新校準了人們對系外行星組成的理解。研究人員假設,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。

 

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