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類型的水冰——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了解水這種物質，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激光脈衝，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秘的水。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數據分析方法。

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」施加激光衝擊波(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性能的新型材料。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)發布。
原作者：DAVID NIELD

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