實驗呈現(xiàn)半水合氨相變路徑 相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《物理評論快報》上

記者1月14日從中科院合肥研究院獲悉，該院固體所與英國愛丁堡大學(xué)等單位合作，利用金剛石對頂砧加壓裝置研究了高壓下半水合氨的物性，首次在半水合氨中發(fā)現(xiàn)了壓力誘導(dǎo)的分子晶體至完全離子結(jié)構(gòu)相變，相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《物理評論快報》上。

自然界中穩(wěn)定存在的氨水化合物根據(jù)氨與水比例的不同可分為一水合氨、二水合氨以及半水合氨。研究表明，常溫時含水量高的氨水化合物在高壓下均會脫水，形成半水合氨以及多余的冰?，F(xiàn)階段建立的物質(zhì)相圖多由分子相占主導(dǎo)地位，近年來隨著研究向更極端條件的擴展，奇異的離子相、超離子相逐漸進入人們的視野。而對于半水合氨體系，相關(guān)研究僅停留在理論預(yù)測階段。

科研人員通過拉曼光譜探測，結(jié)合同步輻射X射線衍射技術(shù)以及第一性原理計算，對超過120萬大氣壓的半水合氨樣品進行了研究，相當(dāng)于天王星/海王星約9870/8085公里深處壓力。結(jié)果顯示，半水合氨樣品在高壓下會經(jīng)歷分子結(jié)構(gòu)—部分離子化—完全離子化的轉(zhuǎn)變，隨著壓力不斷增大，最終在壓力高于69吉帕條件下進入一個新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，即穩(wěn)定的完全離子化結(jié)構(gòu)。表明樣品中的水在壓力作用下完全去質(zhì)子化。此研究首次報道了半水合氨中由壓力誘導(dǎo)的分子結(jié)構(gòu)到完全離子化結(jié)構(gòu)相變路徑，在很大范圍內(nèi)擴展了半水合氨的相圖。

天王星和海王星等巨型冰行星內(nèi)部含有大量的NH3、H2O、CH4和各種形式的氫，在冰行星內(nèi)部極端條件如超高壓力下，半水合氨將大量存在。由于該工作呈現(xiàn)了半水合氨中在隨壓力變化作用下，從分子結(jié)構(gòu)到完全離子化結(jié)構(gòu)路徑，因此對人們進一步了解冰行星的形成以及演化具有重要的指導(dǎo)作用。