原子彈爆炸殘骸中發(fā)現(xiàn)全新晶體結(jié)構(gòu)

1945年新墨西哥沙漠的那次爆炸，至今仍在給科學(xué)家?guī)硪馔獍l(fā)現(xiàn)。當年"三位一體"核試驗留下的玻璃狀物質(zhì)——被命名為"三一巖"（trinitite）——最近又揭示了一種從未見過的晶體結(jié)構(gòu)。

意大利佛羅倫薩大學(xué)地質(zhì)學(xué)家Luca Bindi參與的最新研究確認，這種新物質(zhì)屬于籠形化合物（clathrate）。它的結(jié)構(gòu)像籠子一樣，能將其他原子困在內(nèi)部。"這是一種全新的籠形晶體，"Bindi表示，"自然界中從未發(fā)現(xiàn)過，核爆炸產(chǎn)物中也沒有先例。"

這種晶體的形成條件極為極端。爆炸瞬間，卷入火球的沙子承受了超過1500攝氏度的高溫和數(shù)吉帕斯卡的壓力——相當于大氣壓的數(shù)萬倍，足以把石墨壓成鉆石。物質(zhì)在極短時間內(nèi)汽化、混合、冷卻，原子來不及排列成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，最終形成了這種非平衡態(tài)材料。"整個過程只持續(xù)了幾秒鐘，"Bindi解釋道。

新發(fā)現(xiàn)的籠形化合物嵌在一顆富銅金屬液滴中。它的"籠子"由硅原子構(gòu)成，呈12面體或14面體形狀，內(nèi)部困著鈣原子，有時還有銅和鐵原子。

馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校地球科學(xué)家G. Nelson Eby評價稱："三位一體試驗的瞬時極端條件能夠形成亞穩(wěn)態(tài)相，這類物質(zhì)在實驗室實驗中可能無法獲得。這是籠形化合物家族的一個有趣新成員。"Eby曾與部分研究作者有過合作，但未參與本次研究。

這并非三一巖首次帶來化學(xué)新發(fā)現(xiàn)。2021年，研究人員在其中找到了一種準晶體（quasicrystal）——這種物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)曾顛覆固體物理學(xué)的傳統(tǒng)認知。準晶體具有有序結(jié)構(gòu)，但原子排列不像普通晶體那樣周期性重復(fù)。

此前唯一已知的天然準晶體來自隕石碎片，科學(xué)家推測它形成于太陽系早期兩顆小行星的劇烈碰撞。而三一巖中的準晶體與最新發(fā)現(xiàn)的籠形化合物成分相同，均由鐵、硅、銅、鈣四種元素構(gòu)成。