標題：比鋼水還燙的"冰"：六方密堆積超離子冰首次實驗證實 欄目：science 草稿：
2026-10-07
法國原子能委員會（CEA）物理學家亞歷克西斯·福雷斯蒂耶領銜的團隊，把微米級水樣夾在兩顆鑽石尖之間（金剛石壓砧），加壓到 230 吉帕——約 230 萬倍地球海平面大氣壓，同時用激光把樣品加熱到 4000 華氏度以上。極窄的同步輻射 X 射線束打進去，衍射圖譜顯示：氧原子排成了六方密堆積（hcp）晶格——理論上預言過、但實驗從未明確觀測到的結構。論文發表在《物理評論快報》。
這種冰的怪異之處在於它是"超離子態"：氧原子鎖在剛性晶格里像固體，氫原子核卻像液體一樣在晶格中自由穿行、導電。科學家此前已在實驗中做出面心立方（fcc）結構的超離子冰（冰 XVIII）；新實驗發現，在 200 吉帕、1800 開爾文以上，六方密堆積結構會取代面心立方成爲主導相。兩者的區別主要是氧原子密排層的堆疊方式：fcc 是 ABCABC，hcp 是 ABAB。加壓超過約 60–80 吉帕時，普通的冰 X 則是體心立方結構——水冰已知有 20 多種晶相。
這不只是實驗室獵奇。同樣的溫壓條件存在於天王星、海王星深處。兩顆冰巨星的磁場極其詭異：傾斜、偏心，旅行者 2 號 1980 年代飛掠時就觀測到了。一個主流假說認爲，磁場並非來自像地球那樣的中心發電機，而是來自行星淺層超離子冰中流動的電荷。超離子冰導電性強——自由流動的氫攜帶電荷——搞清新冰相的導電特性，可能重塑我們對這些行星內部結構的模型。
研究團隊通過五類衍射峯確認了 hcp 結構，還發現 hcp 和 fcc 可以共存而非涇渭分明。下一步是精確測量新冰相的電導率和熱膨脹行爲，把這些參數喂進行星內部模型。冰巨星是系外行星中最常見的類型之一，搞懂天王星和海王星，等於拿到理解銀河系大量行星的鑰匙。順帶一提，地球中心壓力約 360 吉帕——這次實驗的 230 吉帕，已經摸到了地心壓力的量級。
來源：New Scientist、IFLScience、Phys.org、ScienceAlert、Science News Today、Hackaday