發現奇異四面結構的第19種水冰，刷新人們的傳統認知！

目前，科學家確定了第19種形式的水冰物質，這種稀有冰的奇異四面晶體現被稱為“冰19”，是在超低溫和超高壓條件下形成的。
冰19僅存在於實驗室，但研究人員表示，該物質揭曉了更多關於其他形式的冰，這些冰可以在地幔深處以及非常寒冷的行星和衛星表面獲得。該項研究負責人、奧地利因斯布魯克大學物理化學教授托馬斯·洛爾汀稱，要對一種新冰形式進行命名，我們需要確切說明它的晶體結構，這意味著要找出最簡單的晶體重覆結構，所有原子位於該結構何處位置，以及該晶體結構對稱性是什麽樣的？只有了解以上全部情況，我們才能對該冰晶體命名，現在我們將它命名為冰19。

　　2月18日，洛爾汀和同事在《自然通訊雜誌》上發表研究報告描述了這種新形式冰結構，與此同時，日本研究人員也進行研究證實了該發現。

　　新冰形式

　　幾乎每個人都熟悉美麗的六面雪花，它們反映了形成水冰晶體中氧子的六邊形排列，但規則的六面冰晶——“冰1”，實際上僅是多種冰形態之一，它被稱為多晶型，直到近期，人們才正式確認了18種不同形態的水冰，盡管在地球上僅有六面冰是常見的，雖然冰看起來很簡單，但它是覆雜的結構。例如：在六面冰晶水分子中，僅有氧原子能形成六面冰晶結構，這使“冰1”在冰術語中成為“無序”或者“被破壞”的冰晶，這種無序冰的特性之一是它們在壓力下可以變形，這就是冰川流動的原因。

　　相比之下，冰的其他幾種形態中的氫原子也有自己的晶體模式，它們被稱為“氫序”或者H序，與無序冰晶不同的是，H序非常脆，會碎裂，而不是變形

這是冰6的模型，紅色和藍色的大球體代表氧原子，小球體代表氫原子。

　　在這些條件下，最新發現的冰19形式上是“H序”冰晶，事實上，這是一種無序冰的H序形式，也被稱為“冰6”，它存在隨機類型的氫原子，冰6還有另一種H序多形性——“冰15”，它的氫原子排列完全不同。

　　洛爾汀說：“冰6、冰15和冰19在密度方面都非常相似，因為它們共享相同的氧原子網絡，但它們在氫原子的位置上卻不相同，這是首次发現冰的多晶型之間存在這樣的關系，它可以使實驗結果在兩種形態之間實現轉換。”

　　晶體結構

　　洛爾汀的研究團隊在3年前的實驗中首次制造出冰19，通過將冰15冷卻降低至零下170攝氏度，並將壓力大幅提高至2吉帕斯卡。但他們對冰晶結構的細節一無所知，直到他們能夠通過一種叫做中子衍射的過程進行分析，該過程可以通過反射中子流來揭示材料的原子結構，並檢查由此產生的衍射圖樣。

　　在正常情況下，中子衍射需要用含有額外中子的重水，來取代樣本中的水，但洛爾汀表示，純重水不適合冰19實驗，因為它凍結的速度要慢很多，這一突破是在重水中加入一小部分普通輕水，產生的水可以迅速凍結，但仍然允許中子衍射。

　　洛爾汀解釋稱，水冰結構是研究氫鍵自然屬性的關鍵，這一點我們還沒有完全理解，這對於了解宇宙天體也是至關重要的，例如：體積龐大的冰巨星天王星和海王星，以及木衛二、木衛一和木衛三，在這裡或將發現其他冰晶形態。

　　在天體物理學中，洞察冰相的密度和屬性，理解這些地外天體的冰地幔或者冰核的結構特徵，是非常有趣的事情。

　　當前還有許多冰的多晶型結構，冰19將成為奧地利因斯布魯克大學自上世紀80年代以來發現的第6種冰多晶型，洛爾汀希望和研究團隊未來能發現新的水冰形式，他說：“尋找冰20的競賽現已拉開帷幕，我希望我的研究小組能夠發表最新發現！”

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