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記者29日從中科院合肥材料科學研究所獲悉，中科院計算物理研究所極端環(huán)境量子物質(zhì)中心和固體物理研究所量子材料研究部的研究團隊，計算研究了新型量子材料的形成過程采用金剛石頂砧高壓實驗技術，結(jié)合原位拉曼光譜實驗技術、原位X射線衍射實驗技術和第一性原理及結(jié)構性能研究了新型氫水合物。研究成果發(fā)表在國際著名期刊《物理評論快報》上。

固態(tài)氫鍵傾向于形成三維骨架。在自然或人為的極端條件下，水分子很可能與其他小氣體分子發(fā)生締合，形成各種構型和結(jié)構。純水以在400萬大氣壓和77k-300k以下的溫度和壓力范圍內(nèi)至少存在三種非晶相和16種晶相而聞名，它的相圖非常復雜。這種結(jié)構多樣性也適用于不同的水合物。氣體分子通過范德華力與水的籠狀結(jié)構相互作用，形成穩(wěn)定的天然氣水合物，使水本身成為潛在的天然氣儲存和分離材料。例如，深海沉積物中含有大量的天然氣水合物。氫水合物在行星的形成和演化中起著重要的作用。

結(jié)果表明，在120萬大氣壓和298K溫度下，純氫和純水形成新型水合物。水合物中氧亞點陣的排列與純水固相中氧亞點陣的排列相同。水合物中的氫分子位于由氧原子組成的六環(huán)空腔中。整個水合物的空間對稱性滿足三角形R3C或r-3c空間群（質(zhì)子有序或無序），其組成不同，式中為（H2O）·6H2。

拉曼光譜和理論計算揭示了新相C1′中的氫無序，這與已知的有序相C1′不同。當壓力升高或溫度降低時，這種新結(jié)構將轉(zhuǎn)變?yōu)镃1相。它也可以看作是有序冰的無序結(jié)構，不同于其他有序冰結(jié)構。