试图生产无序的冰是一个意想不到的失败 造成尴尬的问题

科学家们可能已经粉碎了一个关于冰的理论——怀疑冰在适当的条件下会变成像玻璃一样奇怪的无序固体的想法。

用来冷却饮料的冰是一种晶体，其中分子以六边形结合在一起。科学家预测，当冷却并压缩到超低温和超低压时，水分子将失去其规则的结构并陷入无序状态。这种结构被称为无定形固体。玻璃和塑料是无定形固体的例子。

美国橡树岭国家实验室的Chris Tulk说：“这种类型的无定形冰被认为与液态水有关，这种联系被认为是这项研究的主要目的。

相反，正如塔尔克和他的同事在《自然》杂志上报道的那样，他们创造它的尝试失败了，但产生了三个不寻常的晶体变化。

已知有17种不同的冰晶体结构，它们是在不同的压力和温度条件下形成的。在这个实验中，当团队增加压力时，冰被从正常冰分类为Ih，并穿过三个连续的致密结构：冰IX、冰XV和最后的冰XIII。

这些形式的冰以前被观察过，但是科学家们感到困惑的是，以前观察到的无定形形式从未被认识到。

该团队成员包括加拿大国家研究委员会的丹尼斯克鲁格，他在1984年首次发现了压力诱导的冰非晶化。

“我以前从未见过这种压力-温度路径导致一系列这样的晶体形式，”Klug说。

在实验中，3毫米水球被冷却到-173，然后压力逐渐增加，达到单个地球大气压的28000倍。在每一个新的压力下，中子束被用来探测冰滴以显示其结构。

直到他们分析了持续压力的结果后，Tulk和他的同事才意识到他们无法研究无定形冰的转变，因为它从未形成过。

该团队最初认为他们的实验被污染了，但接下来的三次重复产生了相同的结果。

“如果我们的实验数据是真的，这意味着无定形冰与液态水无关，而是两个结晶相之间中断的转变，这与广泛接受的理论大相径庭，”Klug说。

研究小组提出，压力增加缓慢，在较低压力下收集数据可以使冰结构松弛，形成冰IX。之前的实验已经很快通过了ice IX条件，没有允许松弛，导致非晶相。

令人惊讶的结果挑战了35年来对水资源研究的追求。

当太冷时，水的行为就不像其他晶体。一些试图解释这种异常行为的理论预测，在极低的温度和极高的压力下，会发生从低密度到高密度的突然跳跃，这被称为第二临界点。

科学家们在这种不同晶体形式的密度跳跃中徒劳无功。新的结果质疑它的存在。

“压力导致的无定形冰和水之间的关系现在是有疑问的，第二个临界点甚至可能不存在，”Tulk说。

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