@ 2018.02.10 , 17:00

超离子导体水:既呈固态,也呈液态

超离子导体水:既呈固态,也呈液态
Credit: 锐景创意

科学家终于发现了一种全新类型的水冰——超离子导体水,它既呈固态、也呈液态。通过它,我们或许能够进一步了解水这种物质,并且开发出新型材料。

早在几十年前,科学家就提出这个概念。他们认为,超离子导体水存在于天王星、海王星等行星的地幔内部。但迄今为止,没有人通过实验证明它的存在。

这回,劳伦斯利物莫国家实验室(加州)的物理学家通过一种高压冰和一系列超强激光脉冲,成功制造出超离子导体水。实验中的温度压强组合是地球自然环境中所没有的。于是,人们第一次真正看到这种神秘的水。这项实验非常具有挑战性,他们花了两年时间进行测量,又花了两年时间开发数据分析方法。

水分子由两个氢原子和一个氧原子构成,呈V形。在降温结冰过程中,水分子之间的弱相互作用越来越明显,导致它们彼此分离。在超离子导体水中,高温打破了同一个水分子的原子之间的键,使氧原子呈牢固的晶体结构,而氢离子则流动其间。因此,它同时既呈固态、又呈液态。这种状态非常奇特。

首先,他们使水通过两层金刚石层之间,在高压(压强是地球的百万倍)下创造出“冰七”——一种特殊的冰,能够在室温中保持固态。其次,他们对“冰七”施加激光冲击波(持续1-2亿分之一秒)。在这种极端条件下,超离子导体水诞生了。由于冰事先经过压缩,因此在高温下,它不会蒸发。

科学家根据光学特征判断:在材料中流动的是离子,而非电子。

我们终于知道,超离子导体水确实存在,它有助于解释天王星、海王星的磁场异常现象。此外,它向人们展示了分子在极端温度和压强下的反应。通过操纵分子反应,科学家甚至能够研制出具有特定性能的新型材料。如今,计算资源越来越丰富,科学发展可能已经到了一个转折点。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:D□□ID NIELD


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