實驗呈現半水合氨相變路徑 相關研究成果日前發表在《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現了壓力誘導的分子晶體至完全離子結構相變，相關研究成果日前發表在《物理評論快報》上。

自然界中穩定存在的氨水化合物根據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。現階段建立的物質相圖多由分子相占主導地位，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，相關研究僅停留在理論預測階段。

科研人員通過拉曼光譜探測，結合同步輻射X射線衍射技術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，相當于天王星/海王星約9870/8085公里深處壓力。結果顯示，半水合氨樣品在高壓下會經歷分子結構—部分離子化—完全離子化的轉變，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構狀態，即穩定的完全離子化結構。表明樣品中的水在壓力作用下完全去質子化。此研究首次報道了半水合氨中由壓力誘導的分子結構到完全離子化結構相變路徑，在很大范圍內擴展了半水合氨的相圖。

天王星和海王星等巨型冰行星內部含有大量的NH3、H2O、CH4和各種形式的氫，在冰行星內部極端條件如超高壓力下，半水合氨將大量存在。由于該工作呈現了半水合氨中在隨壓力變化作用下，從分子結構到完全離子化結構路徑，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作用。