水冰有许多结晶相，以及一些无定形结构。由于冰的广泛重要性，复杂的结构图对于理解很重要。伦敦大学学院研究员Alexander Rosu-Finsen和他的同事发现了一种中密度的无定形冰，这种冰是在低温下球磨六角形冰形成的。球磨经常用于制造无定形材料，但它从未应用于冰。

发现的新冰形式中密度无定形冰

冷冻水有多种形式。水冰有20种已知的共同相或结晶相，以及至少两个无定形形式的家族。

与普通冰不同，其分子规则地排列在六边形晶格中，无定形形式缺乏高度有序的晶体结构。

虽然地球上几乎所有的冰冻水都以结晶冰的形式存在，但无定形冰可能是整个宇宙中最常见的水结构。

一般来说，无定形冰的区别在于其密度，低密度无定形冰的密度为0.94 g/cm3和高密度无定形冰形成，从 1.13 g/cm 开始3.

然而，无论是结晶冰还是无定形冰，其密度都接近液态水(1 g/cm)。3).这种密度差距是我们目前对水的理解的基石。

在这项研究中，Rosu-Finsen博士和合著者使用了一种称为球磨的过程，在冷却至77 K(零下200摄氏度)的罐子中剧烈摇晃普通冰和钢球。

他们发现，这个过程并没有最终得到一小块普通的冰，而是产生了一种新的无定形形式的冰，与所有其他已知的冰不同，它具有相同的密度(1.06克/厘米)。3)为液态水，其状态类似于固体形式的水。

为了在分子尺度上理解这一过程，他们采用了计算模拟。

通过对结晶冰的反复随机剪切来模拟球磨过程，他们成功地创建了中密度无定形冰的计算模型。

“我们对中密度无定形冰的发现对液态水的性质提出了许多问题，因此了解新形式的精确原子结构非常重要，”伦敦大学学院和剑桥大学的研究员迈克尔戴维斯博士说。

“我们发现中密度无定形冰和液态水之间有显着的相似之处。

“公认的智慧是，在密度差距内不存在冰，”伦敦大学学院的Christoph Salzmann教授说。

“我们的研究表明，中等密度无定形冰的密度恰好在这个密度差距内，这一发现可能对我们对液态水及其许多异常现象的理解产生深远的影响。

中密度无定形冰的发现引发了一个问题：它在自然界中可能存在什么?

在研究中发现剪切力是产生中等密度非晶冰的关键。

作者认为，由于木星等气态巨行星施加的潮汐力，普通冰在冰卫星中可能会经历类似的剪切力。

此外，中密度的无定形冰显示出其他形式的冰所没有的显着特性。

使用量热法，研究人员发现，当中密度无定形冰重结晶为普通冰时，它会释放出大量的热量。

中密度无定形冰重结晶释放的热量可以在激活构造运动中发挥作用。

更广泛地说，这一发现表明水可以是一种高能地球物理材料。

“一般来说，无定形冰被认为是宇宙中最丰富的水形式，”伦敦大学学院和剑桥大学的研究员Angelos Michaelides教授说。

“现在的竞赛是了解其中有多少是中密度的无定形冰，以及新形式的地球物理活跃程度。

这一发现在本周发表在《科学》杂志上的一篇论文中报道。