超離子導體水:既呈固態,也呈液態

類別: 新奇
蛋花@ 2018.02.10 , 17:00
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超離子導體水:既呈固態,也呈液態

超離子導體水:既呈固態,也呈液態
Credit:銳景創意

科學家終於發現了一種全新型別的水冰——超離子導體水,它既呈固態、也呈液態。通過它,我們或許能夠進一步瞭解水這種物質,並且開發出新型材料。

早在幾十年前,科學家就提出這個概念。他們認為,超離子導體水存在於天王星、海王星等行星的地幔內部。但迄今為止,沒有人通過實驗證明它的存在。

這回,勞倫斯利物莫國家實驗室(加州)的物理學家通過一種高壓冰和一系列超強鐳射脈衝,成功製造出超離子導體水。實驗中的溫度壓強組合是地球自然環境中所沒有的。於是,人們第一次真正看到這種神祕的水。這項實驗非常具有挑戰性,他們花了兩年時間進行測量,又花了兩年時間開發資料分析方法。

水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成,呈V形。在降溫結冰過程中,水分子之間的弱相互作用越來越明顯,導致它們彼此分離。在超離子導體水中,高溫打破了同一個水分子的原子之間的鍵,使氧原子呈牢固的晶體結構,而氫離子則流動其間。因此,它同時既呈固態、又呈液態。這種狀態非常奇特。

首先,他們使水通過兩層金剛石層之間,在高壓(壓強是地球的百萬倍)下創造出“冰七”——一種特殊的冰,能夠在室溫中保持固態。其次,他們對“冰七”施加鐳射衝擊波(持續1-2億分之一秒)。在這種極端條件下,超離子導體水誕生了。由於冰事先經過壓縮,因此在高溫下,它不會蒸發。

科學家根據光學特徵判斷:在材料中流動的是離子,而非電子。

我們終於知道,超離子導體水確實存在,它有助於解釋天王星、海王星的磁場異常現象。此外,它向人們展示了分子在極端溫度和壓強下的反應。通過操縱分子反應,科學家甚至能夠研製出具有特定效能的新型材料。如今,計算資源越來越豐富,科學發展可能已經到了一個轉折點。

本文譯自sciencealert,由譯者蛋花基於創作共用協議(BY-NC)釋出。
原作者:DAVID NIELD

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