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最近，科学家们终于发现了一种全新的水冰（超离子水），它是同时既是固体和液体的水。这能够让我们更了解这种地球上最为常见的物质，并促进新材料的开发。超级离子水的想法实际上在几十年前就已经提出。据说它存在于天王星和海王星这些行星的内部，但直到今天都没有人能够在实验中证明它的存在。新研究中，科学家通过一种高压冰和一系列强大的激光脉冲制造出超离子水。这种组合提供了地球上自然界中没有的温度和压力条件，让我们第一次真正地看到了这种神秘的水。加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家马里乌斯·米洛表示：“这些实验极具挑战性，能从这些数据中学到很多东西，实在令人兴奋。我们花了大约两年的时间进行测量，而另外两年时间则用来开发数据分析方法。”水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的V型结构。分子间的微弱作用力在冷却时变得更加明显，当水冻结时，分子断裂分离。在超离子水冰中，高强度的热量使水分子中原子间的化学键断裂，留下氧原子的固体晶体结构，并在它们之间形成氢核或离子流，同时产生固体和液体。这可以说是一种很奇怪的物质状态。首先，研究人员将水穿过两个金刚石层，形成一种特殊的称为“冰VII”的冰，进而制造出超过一百万倍于地球的压力条件。在室温下，这种冰仍为固体状态。在另一间实验室中，它们用持续-亿分之一秒的激光冲击波穿过这种冰，造成足以产生超离子水冰的极端条件。这就是所谓的冲击压缩。冰最初的预压缩使研究人员能够在冰全部蒸发之前将冰推向更高的温度。通过捕获冰的光学外观，科学家们得以确定其中是离子而不是电子在材料中移动，因为它呈现出不透明状态，而非闪亮的样式。现在，我们知道了超离子水冰的存在。它可以帮助解释天王星和海王星那非常偏离中心的磁场。同时，这也是分子如何在极端的温度和压力条件下发挥作用的例子，颇具价值。我们甚至可以通过掌控分子的具体反应来设计具有特定属性的新材料。作为研究人员之一的塞巴斯蒂恩介绍：“由于可用计算资源的增加，我觉得我们已经来到一个转折点。现在正处于大量模拟都能够运行的阶段，这使我们可以在极端条件下绘制大部分相关材料的相位图，有效地支持实验工作。”目前，相关研究已于2月5日发表在学术期刊《自然·物理》上。


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