在高压下相间短暂的转变中发现了一种新的水冰结晶形式。
它的名字叫“冰-VII”t,当物质在两个已知的分子立方排列之间滑动时,就会发生这种情况。 虽然不太可能是 Ice-VIIt它会自然地出现在地球表面,它可以更多地揭示水在巨大的外星世界中的行为方式。
我们可能认为这很平常,但水却是其实很奇怪与我们所知的其他液体相比。 水冻结形式中分子的排列? 冰 ? 根据周围条件的不同,可能会有很大差异。
我们知道至少有 19 种冰的固相,其中一些是自然形成的,其中一些仅在实验室条件下见过。
你在冰箱里看到的冰,或者从天上掉下来的雪花或冰雹,是地球上最常见的天然冰。 它被称为 Ice-I,氧原子排列成六角形网格。 然而,该结构是几何上受挫,氢原子以无序的方式悬挂。
当物理学家在不同温度下冷却 Ice-I 并向其施加不同压力时,内部的氢和氧原子会周期性地达到不同的排列,有时甚至排列得更整齐。 这些不同形式的水冰并不总是稳定的,但我们可以在实验室中探索它们,以揭示它们奇怪的分子结构。
其中两个具有立方结构的相是具有无序氢的 Ice-VII 和对称的 Ice-X。 这些可以通过使冰承受比海平面地球大气压高数万到数十万的高压来实现,Ice-VII的压力甚至比Ice-X还要低。
为了研究冰相之间的转变,由内华达大学拉斯维加斯分校的扎克·格兰德领导的物理学家小组使用一种新技术在高压冰上进行了实验,以测量施加压力时冰的特性。
研究人员在金刚石砧中挤压水样,迫使其冻结成一堆晶体。 然后用激光加热样品,使其熔化,然后重新冻结成研究人员所说的粉末状晶体集合。
通过逐渐增加砧座中的压力,并定期发射激光,研究人员创建了 Ice-VII,并观察了向 Ice-X 的过渡。 在此期间,由于他们的新测量技术,他们还观察到了新的中间相,Ice-VIIt。
在此阶段,Ice-VII 的立方晶格沿着其矢量之一拉伸,从而使结构延伸成具有立方足迹的矩形排列,然后进入 Ice-X 的对称、完全有序的立方排列。 这个安排是称为四方晶系。
该团队还表明,Ice-X 可以在比之前想象的低得多的压力下形成。 Ice-VII 大约形成于3 吉帕斯卡; 即30,000个大气压。 根据该团队的观察,向 Ice-VIIt 的转变发生在 5.1 吉帕左右。
之前的报告将 Ice-X 的过渡压力置于 40 至 120 吉帕斯卡之间。 然而,格兰德和他的团队观察到了 Ice-VII 之间的转变tIce-X 的能量约为 30.9 吉帕斯卡。
该团队表示,这应该有助于解决有关 Ice-X 过渡压力的争论。
“扎克的工作表明,这种向离子态的转变是在比以前想象的低得多的压力下发生的,”物理学家阿什坎·萨拉马特说内华达大学拉斯维加斯分校。
“这是缺失的部分,也是在这种条件下对水进行的最精确的测量。”
研究小组表示,这可能对研究其他世界的内部条件产生重要影响。 他们说,太阳系外富含水的行星可能拥有 Ice-VIIt丰富的数量,甚至增加了适合生命出现的条件的机会。
该团队的研究成果发表于物理复习B。