高温高压下可导电！科学家终于看清了奇特冰的结构

◎ 科技日报记者 刘霞

法国原子能和替代能源委员会科学家在实验室极端条件下，揭示了一种奇特冰——超离子冰的晶体结构。这一发现有望帮助科学家更好地理解天王星、海王星等冰巨星的磁场和内部结构。相关论文发表于最新一期《物理评论快报》杂志。

科学家早已知道，天王星、海王星等行星深处存在冰。在那里，冰并非冷饮中的冰块。在巨大热量和压力下，它进入一种奇特的超离子冰状态。此时，氧原子被锁在固态晶格中，氢原子核却像液体一样自由游走，因而能导电。此前，科学家已知这种高温导电冰存在，却不清楚它的晶体结构。

天王星内部可能含有“奇形怪状”的冰。图片来源：美国国家航空航天局等机构

为看清它的结构与行为，团队利用一种名为金刚石压砧的装置，将冰样加压至230吉帕（为地球大气压的200多万倍），并用激光加热到1527℃以上。金刚石压砧是一种可产生极端静高压的实验装置，核心原理是用两颗对顶的金刚石挤压样品，在实验室里重现地心甚至更高的压力环境。

欧洲同步辐射设施的X射线衍射显示，冰样中的氧原子排列成六方密堆积（原子的一种排列方式）晶格。这说明，在230吉帕、1527℃以上的极端条件下，超离子冰并非面心立方结构，而是呈六方密堆积结构。

这种高温冰的导电性之所以关键，是因为它或能解释冰巨星磁场为何倾斜且偏离中心。若磁场源自较浅处超离子冰层中的电流，而非像地球那样来自深部核心的“发电机”，就与航天器观测结果十分吻合。这一发现，可能改写科学家对这些行星内部结构的认识。