香港城市大学揭秘极端压力下水的秘密：发现十种新型二维冰相

香港城市大学揭秘极端压力下水的秘密：发现十种新型二维冰相

近日，香港城市大学曾晓成教授团队在极端压力下水的相变研究中取得重大突破，揭示了水和冰在高压、低温和纳米尺度限制条件下的全新行为。这一发表在《自然-物理学》上的研究成果，不仅展现了极端环境下水的奇特性质，更为行星科学、能源科学等领域开辟了新的研究方向。

研究团队通过先进的计算方法，模拟了纳米限域条件下水的行为，发现了十种全新的二维冰相。其中最引人注目的是具有对称O-H-O分子结构的二维冰，这与地球上海洋深处最高密度的三维冰十（Ice X）结构惊人地相似。

更令人兴奋的是，这些二维冰相可以在远低于传统认为需要的超高压条件下产生，这意味着在实验室中更容易实现这些极端条件下的物质状态。

研究还揭示了纳米限域条件下水的特殊行为。在极端环境下，水分子的氢键结构展现出独特的各向异性，导致质子（即氢离子）表现出一系列前所未见的动力学行为。

例如，在某些冰相中，质子可以在两个氧原子之间快速跳跃，而在其他方向则保持稳定。这种质子的非均匀分布和运动模式，为理解水的电学性质提供了新的视角。

研究团队还观察到了从普通冰到“超离子冰”的转变过程。在极端条件下，冰可以转变为一种兼具固体和液体特性的特殊状态——超离子冰。这种物质状态在天王星和海王星等冰巨星内部普遍存在，但要在实验室中实现却极具挑战。

曾晓成教授表示，这项研究的重要性在于它为我们提供了对极端条件下水和冰的物理化学性质的全新理解，特别是在冰巨星核心内的极端环境。这些发现不仅丰富了我们对水这一基本物质的认识，更为未来在实验室中探索这些极端条件下的物质状态开辟了新的途径。

这项研究的突破性发现，展示了中国高校在基础科学研究领域的实力，也为未来在行星科学、能源科学和纳米流体工程等领域的应用奠定了理论基础。随着对极端条件下物质行为理解的不断深入，我们有望在不久的将来见证更多令人振奋的科学发现。