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據科技日報消息
一個國際科研團隊
借助位于法國勞厄—朗之萬研究所內
先進的中子光譜儀等設施
首次觀測到水的奇異形態
“塑性冰七”（Plastic?ice?Ⅶ）
相關論文發表于最新一期《自然》雜志
水還有多種形態？
水是地球上最常見的化合物之一
它源自地球的水循環過程
水在地球生態系統中
扮演著不可替代的角色
同時也為人類生活
提供了必需的支持和資源
自然水循環過程 圖片源自中國水科院水資源所
水可以在不同的溫度和
壓力條件下相互轉化
表現出不同的形態和性質
一般而言水有固態、液態和氣態
3種基本形態
液態水是我們日常所熟知的
它是水在常溫下的狀態
用于飲用、洗滌、灌溉等方面
江河湖泊的水大多數時間
都是以液態形式存在的
固態水是指水凝固形成的冰
通常在低溫下出現
如冬季結冰的湖面、河流以及冰川等
氣態水是水的蒸氣形態
當水受熱后蒸發成氣體
可以形成云、霧、雨等自然現象
但實際上
水還擁有更多形態
其中一些僅在高溫高壓下出現
被稱為奇異態
這次觀測到的塑性冰七
便是水少為人知的奇異形態之一
15年前
科學家借助分子動力學模擬
預測了“塑性冰七”的存在
而此次研究則首次
通過實驗觀測到了這一形態
這種形態不同于普通的冰
是水在極端高壓和特殊溫度條件下
形成的高壓冰相
它能夠展現出類似塑料的柔韌性
兼具固態和液態的特性
在“塑性冰七”內
水分子形成剛性立方晶格
就像在“冰七”
（一種立方結晶冰形，
降至室溫后可在3GPa以上
由液態水形成）內一樣
但同時又表現出液態水內的皮秒旋轉運動
這種奇特形態
出現在177℃—327℃高溫
0.1GPa—6Gpa
（1GPa=10億帕）
的壓力環境下
觀察到“冰7”的鉆石 圖片源自中科院物理所
研究團隊通過
準彈性中子散射（QENS）技術
識別出了水在溫度和壓力發生變化時
呈現出的3種不同形態
水分子同時存在平移和旋轉
兩種運動的液態
水平移和旋轉都被凍結的固態冰
以及位于中間的“塑性冰七”
在“塑性冰七”內
排列成有序晶體結構的水分子
失去了自由平移的能力
但保留了旋轉能力
進一步分析表明
“塑性冰七”的分子動力學
可能比最初模擬的更復雜
其分子旋轉機制
不同于此前預測的自由轉子行為
而且
水從“冰七”到“塑性冰七”
的轉變是連續的
這意味著“塑性冰七”
可能是另一種在更高溫度和壓力下
存在的超離子態的“前身”
木衛三 圖片源自NASA
研究水的塑性態和超離子態
能幫助人們進一步理解
木衛三、木衛四等冰衛星
以及天王星、海王星等冰行星的
內部結構和冰川流動
目前
塑性冰七的相關研究仍處于探索階段
期待這種神奇形態的水
未來能夠在新材料領域大放異彩
