摘要：DESY HIBEF团队的Rachel Husband博士解释道："我们的研究结果表明，可能存在更多高温亚稳冰相及其相关的转变路径，这可能为冰卫星的组成提供新的认识。"

实验表明，水甚至在室温下也能结晶成一种新的亚稳相。

国际研究人员刚刚发现了一种名为"冰XXI"的新冰形态，该形态在室温下将水压缩至极端高压下形成。

这一成果是在欧洲XFEL（拥有世界最强X射线激光的研究机构）以及位于德国汉堡的DESY PETRA III光子源完成的。

据研究团队称，这项研究为了解水在类似于冰卫星和系外行星内部深处的条件下的行为提供了前所未有的见解。

DESY HIBEF团队的Rachel Husband博士解释道："我们的研究结果表明，可能存在更多高温亚稳冰相及其相关的转变路径，这可能为冰卫星的组成提供新的认识。"

高压下的发现

"暖冰"是固态水的一种高压形态，它在室温下能保持稳定，而不是在常规条件下冻结或融化。

与此同时，水作为地球上最熟悉的物质之一，由两个氢原子和一个氧原子组成。它可以结晶成20多种已知的固态相，每种相都具有独特的分子结构。

然而，由韩国标准科学研究所领导的科学家们现已识别出水的第21种相，这对现有的冰形成模型提出了挑战。

这种新形态 —— 冰XXI —— 在结构上不同于所有先前已知的冰相。它在室温下将水快速压缩至"过压缩水"状态时形成。

这种新相也是亚稳的。这意味着，即使在另一种冰相在那些条件下更为稳定时，它也能存在一段时间。这些结果加深了研究人员对高压下冰形成过程的理解。

KRISS的科学家之一Geun Woo Lee博士详细阐述说："水的快速压缩使其在更高的压力下仍能保持液态，而在这些压力下，它本应已经结晶成冰VI。"

据Lee称，冰VI尤其令人着迷。科学家认为它存在于土卫六和木卫三等冰卫星的深处。其高度扭曲的结构可能促成复杂的转变路径，从而导致亚稳冰相的形成。

揭示冰XXI

在这项研究中，团队使用了金刚石压砧 —— 一种通过在两颗相对的金刚石之间挤压样品来产生巨大压力的装置 —— 来重现极端行星条件。

在这个压砧内，他们将水压缩至2吉帕，大约是正常大气压的20,000倍。在这种压力下，水通常会转变为冰VI。然而，当压缩过程极其迅速（仅在10毫秒内完成）时，液体状态能稳定足够长的时间，从而转变为新观察到的冰XXI。

为了捕捉结晶的瞬间，团队随后借助了欧洲XFEL，其超短X射线脉冲每秒能够记录数百万次原子尺度的事件。

就像高速相机一样，XFEL使科学家能够拍摄水分子锁定成新排列方式的快速转变过程。

在PETRA III的P02.2光束线上进行的后续实验证实，冰XXI具有一种四方晶系结构，由出人意料地大的重复单元（称为晶胞）构建而成。

Lee说："利用欧洲XFEL独特的X射线脉冲，我们揭示了H₂O在利用动态金刚石压砧快速压缩和减压超过1000次的过程中存在的多种结晶路径。液态H₂O结晶所形成的结构取决于液体的过压缩程度。"

与此同时，来自DESY HIBEF团队的Cornelius Strohm博士表示，在这种专用压力腔中，样品被放置在两个相对的金刚石压砧尖端之间。这使得样品能够沿着受控的压力路径被精确压缩。

Husband在一份新闻稿中表示："很高兴看到我们的'水研究倡议'结出了又一硕果，该倡议邀请科学家们就水提出创新性研究方案。我们期待未来能有更多激动人心的发现。"

这项研究已发表在《自然·材料》期刊上。

来源：知新了了一点号