结晶冰中的顺序和紊乱：非常低温冰的基本性质解释

时间：2021-12-24 16:52:19 来源：

一种新的理论模型启发了纯净和掺杂冰的结构和电气性质。

一种具有独特性质的迷人物质，冰自历时的兴趣是兴趣的人类。与大多数其他材料不同，在非常低温下的冰不是如此。Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati（Sissa），Abdus Salam国际理论物理中心（ICTP），物理罗萨里奥（IFIR-NUR）研究所（IFIR-NUR）的合作，有支持意大利国家的Istituto Officina dei Matersioni研究委员会（CNR-IOM），使新的理论进入原因是为什么会发生这种情况，并在可以恢复一些缺少的订单的方式上。

在那个有序的州，科学家团队已经描述了非常低温冰，铁电的相对模糊和且基本的性质。在PNA中发表的结果可能延伸到冰表面，这可能与星际空间中冰颗粒的聚集有关的可能性。

“在一个理想的订购冰块中，每个水分子的氢原子应该指向相同的方向，就像士兵一样，在镜片上看，”Sissa和ICTP的物理学家解释道。“如果是这种情况，冰就会表现出宏观电极化 - 它将是铁电。相反，冰中的水分子，即使在非常低的温度下也表现得像不守规矩的士兵，并且都看起来不同的方向。“

在20世纪30年代发现的这种异常行为是立即和最着名的，由Linus Pauling：缺乏纪律是“冰规则”约束的效果 - 每时每刻都应该拥有两个，只有两种质子H2O。由该限制创造的困难的动力学导致订购过程变得无限慢，如在一排每个士兵有四个邻居的排，并且不得不将两只手放在其中两个的肩上。

“它不是杂质或缺陷，这结果是发挥揭示作用，今天仍然不知道散装晶冰的质子顺序和铁电性是一种真正的可能性还是想象力的据说，因为两者都不是模拟而来克服了冰规则生成的动力学放缓，“索奥拉，ictp和CNR-IOM DEMPRITOS的物理学家指出。

实际上已知一种替代H2O的杂质，例如一个koh代替H2O，以便允许订购过程与核心和冰一起在非常低温下转动有序和铁电，但仅部分和缓慢。再次，“冰规则”被怀疑落后于这个过程的迟缓，但是这究竟有效的工作并不是真正知道。

与Jorge Lasave和Afir-Orr的Jorge Lasave和Sergio Kover一起，他们都是ICTP副成员，Alessandro Laio和Erio Tosatti设计了理论模型和解释纯净和掺杂冰的行为的策略。

“根据这种模式，”科学家解释说：一旦在初始非平衡低温紊乱状态内引入了杂质，它就会作为有序阶段的种子，但以特殊的方式：不是所有的“士兵”围绕杂质开始朝着正确的方向看，但只有那些在杂质前面或后面的方向。因此，在过程结束时，排序下的一串士兵将被命令。“这种高度的非典型过程具有许多特征，可以解释真正掺杂的冰中铁电秩序的缓慢和不完整。

“虽然该研究仅限于现在批量冰，”Tosatti和Laio的结论“，但突出的机制可能延伸到冰表面，其中有序质子的弦可以在低温下成核，解释了少量的众多局部铁电极化，也提到了与星际空间中冰颗粒的聚集有关的现象。“

参考：J.Lasave，S.Koval，A.110 11月13日11月13日，1910年11月13日，美国科学研究课程，伊斯拉特·洛杉矶，A. Laio和E. ToSatti。
10.1073 / pnas.2018837118

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