一個國際科學研究團隊借助位於法國勞厄-朗之萬研究所內先進的中子光譜儀等設施，首次觀測到水的奇異形態－「塑性冰七」（Plastic ice Ⅶ）。研究水的塑性態和超離子態，能幫助人們進一步理解木衛三、木衛四等冰衛星，以及天王星、海王星等冰行星的內部結構和冰河流動。相關論文發表於最新一期《自然》雜誌。

圖片來源：物理學家組織網

一般而言，水有固態、液態和氣態3種基本形態。但實際上，水還擁有更多形態，其中一些僅在高溫高壓下出現，稱為奇異態。 15年前，科學家借助分子動力學模擬，預測了「塑性冰七」的存在，而此次研究則首次透過實驗觀測到了這個形態。

塑性態是一種混合態，兼具固態和液態的特性。在「塑性冰七」內，水分子形成剛性立方晶格－就像在「冰七」（一種立方結晶冰形，降至室溫後可在3GPa以上由液態水形成）內一樣，但同時又表現出液態水內的皮秒旋轉運動。這種奇特形態出現在177℃—327℃高溫、0.1GPa—6GPa（1GPa=10億帕）的壓力環境。

準彈性中子散射（QENS）技術在此研究中發揮了關鍵作用。與其他光譜技術相比，QENS能更精準地探測物體的平移和旋轉動力學。透過QENS，團隊辨識出了水在溫度和壓力變化時呈現出的3種不同形態：水分子同時存在平移和旋轉兩種運動的液態水；平移和旋轉都被凍結的固態冰；以及位於中間的「塑性冰七」。在「塑性冰七」內，排列成有序晶體結構的水分子失去了自由平移的能力，但保留了旋轉能力。

進一步分析表明，「塑性冰七」的分子動力學可能比最初模擬的更複雜，其分子旋轉機制不同於先前預測的自由轉子行為。而且，水從「冰七」到「塑性冰七」的轉變是連續的，這意味著「塑性冰七」可能是另一種在更高溫度和壓力下存在的超離子態的「前身」。