IT之家 1 月 17 日消息，科技媒體 Golem 昨日（1 月 16 日）發(fā)布博文，報(bào)道稱科學(xué)家利用超快 X 射線衍射技術(shù)，成功觀測(cè)到一種全新的“超離子水”結(jié)構(gòu)。

超離子水的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，其中氧原子形成剛性晶格，而氫離子幾乎可以在其中自由移動(dòng)。這種極端狀態(tài)通常只存在于大型行星的內(nèi)部，而此次實(shí)驗(yàn)是利用強(qiáng)激光進(jìn)行的。（圖源：Greg Stewart / SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室）

來自德國羅斯托克大學(xué)、法國 CNRS 綜合理工學(xué)院及赫姆霍茲德累斯頓-羅森多夫中心的研究團(tuán)隊(duì)，利用超快 X 射線衍射技術(shù)，首次清晰觀測(cè)到一種前所未見的水的形態(tài)。

這種被稱為“超離子水”的物質(zhì)展現(xiàn)出獨(dú)特的微觀構(gòu)造：氧原子形成固定的晶格骨架，而氫原子核（質(zhì)子）則像液體一樣在骨架間自由穿梭，這種奇特的“固液混合”態(tài)賦予了水極高的導(dǎo)電性能。

這一發(fā)現(xiàn)為行星科學(xué)解開了一個(gè)長期謎題。天王星和海王星這兩顆“冰巨星”擁有極不尋常的磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至擁有四個(gè)磁極，且磁場(chǎng)強(qiáng)度波動(dòng)劇烈，部分區(qū)域遠(yuǎn)超地球磁場(chǎng)。

研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，其原因正是因?yàn)檫@兩顆行星內(nèi)部深處充滿了這種高導(dǎo)電的超離子水。鑒于天王星和海王星的主要成分是水，科學(xué)家認(rèn)為，這種在地球上罕見的超離子水，很可能才是太陽系中水最普遍的存在形式。

要讓水進(jìn)入這種奇異狀態(tài)，條件極為苛刻。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，只有在約 2500 開爾文（2200℃）的高溫和超過 150 吉帕（GPa）的壓力下才會(huì)發(fā)生相變。

150 吉帕相當(dāng)于地球大氣壓的 150 萬倍，這種壓力在冰巨星內(nèi)部司空見慣，但在實(shí)驗(yàn)室中卻極難實(shí)現(xiàn)。研究人員通過快速連續(xù)的沖擊壓縮，成功在實(shí)驗(yàn)室瞬間制造了高達(dá) 180 吉帕的極端環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，圖源：論文

維持這種極端狀態(tài)的時(shí)間極短，僅能持續(xù)數(shù)皮秒（萬億分之一秒）。為了捕捉這一瞬間的結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)使用了與其持續(xù)時(shí)間相當(dāng)?shù)某?X 射線激光脈沖進(jìn)行探測(cè)。

觀測(cè)結(jié)果令人驚訝：在高壓下，氧原子的晶格并非完美排列，而是呈現(xiàn)出面心立方結(jié)構(gòu)與六方堆積的混合形態(tài)，內(nèi)部存在大量堆垛層錯(cuò)。這表明即便在如此驚人的壓力下，水分子晶格仍未達(dá)到理論上最緊密的堆積狀態(tài)。

IT之家附上參考地址