异国情调的冰雪：新的结晶冰形式解码

显示冰VI和XIX单元细胞之间的关系的插图，并观察到它们的c轴，以及衍射图案的差异，用彩色编码冰xix和蓝色冰vi。

冰是一个非常通用的材料。在雪花或冰块中，氧气原子被六角排列。这种冰形式称为冰一（冰I）。然而，严格来说，这些并不是完美的晶体，而是水分子在不同空间方向上随机定向的混乱系统，“奥地利斯堡大学物理化学研究所的托马斯乐于解释。

包括冰I，18种结晶形式的冰是迄今为止的，这在其原子的排列中不同。不同类型的冰，称为多晶型物，根据压力和温度形式，具有非常不同的性质。例如，它们的熔点不同几百摄氏度。“它与金刚石和石墨相当，两者都是由纯碳制成的，”化学家解释说。

冰球种类

当常规冰I强烈冷却时，如果实验正确地进行氧原子，氢原子可以在氧原子外周期性地安排。下面减去200摄氏度，这可能导致所谓的冰Xi，其中所有水分子根据特定图案排序。这种有序的冰形式不同于无序的父母形式，特别是在其电学性质中。

冰VI模型，大红色和蓝色球形代表氧原子，小球体氢原子。

在目前的工作中，Innsbruck Chemists与父母形成冰VI，其在高压中形成，例如在地球的地幔中。像六边形冰一样，这种高压形式的冰不是完全有序的晶体。超过10年前，Innsbruck大学的研究人员产生了这冰的氢序变种，这发现它成为冰XV的教科书。

通过改变制造过程，三年前托马斯·洛克丁的团队首次成功地创建了冰六的第二个订购表格。为此，科学家们显着减缓了冷却过程，并将压力增加到大约20 kbar。这使它们能够在氧晶格中以第二种方式排列氢原子并产生冰Xix。“那时我们发现了明确的证据，即它是一个新的有序变体，但我们无法阐明晶体结构。”现在，他的团队成功地完成了使用结构确定 - 中子衍射的金标准。

水晶结构解决了

为了澄清晶体结构，必须克服必要的技术障碍。在使用中子衍射的研究中，必须用氘（“重氢”）更换水中的光氢。

追踪冰雪的性质：化学家Thomas Loerting。

“不幸的是，这也改变了在冰制造过程中订购的时间尺度，”Loerting说。“但博士。学生Tobias Gasser然后对重水添加了几个普通水的关键理念 - 这取决于加快订购。“

随着这种方式获得的冰，Innsbruck科学家终于能够在英格兰的Rutherford Appleton实验室的高分辨率HRPD仪器上测量中子数据，煞费苦心地解决冰Xix的晶体结构。这需要从测量的数据中找到最佳的晶体结构，从测量数据中的几千名候选 - 非常喜欢在干草堆中搜索针。日本研究组确认Innsbruck在不同压力条件下的另一个实验中产生了另一个实验。两篇论文现在已经在自然通信中共同发表。

Innsbruck发现的六种冰形式

虽然常规冰雪在地球上丰富，但在我们的星球表面上没有发现其他形式 - 除了研究实验室之外。然而，高压型冰VI和冰VII被发现为钻石中的夹杂物，因此被添加到国际矿物学协会（IMA）的矿物质清单中。在特殊的压力和温度条件下，许多品种的水冰形成了广阔的空间。例如，它们被发现在诸如木星的月球血迹之类的天体上，这是由不同冰块的层覆盖的。

冰XV和冰Xix代表冰物理学中的第一兄弟对，其中氧晶格是相同的，但是氢原子是如何命令的。“这也意味着，现在首次可以实现两种有序冰形式在实验中的过渡，”托马斯·洛克特很高兴地报告。自20世纪80年代以来，奥地利因斯布鲁克大学的研究人员现在负责发现四个结晶以及两个非晶冰形式。

参考：“冰XIX的结构表征是烟草渣，Alexander V.Thoeny，A. Dominic Fortes和Thomas Loerting，1921年2月18日，自然传播.DOI：
10.1038 / s41467-021-21161-z

目前的研究工作是在Innsbruck大学材料和纳米科学研究平台的框架内进行的，并受奥地利科学基金FWF的财务支持。