在日常生活中，水的三种常见状态是固态、液态和气态。
然而，在极端的高温高压条件下，水还可能形成一些特殊的“奇异相”。其中，一种被预测存在于其他星球的奇异冰相，
塑性冰 VII
（Plastic Ice VII）
，终于在实验中得到了直接验证。
现在，这一突破性研究成果已经发表在近期的《自然》杂志上。
一种独特的混合相
在地球上，大部分冰都是由排列成晶格结构的水分子组成。在不同的温度和压力条件下，可以形成
至少20种不同的冰相
。当压力超过20,000巴
（20,000千克/平方厘米）
时，冰的
晶格就会被压缩，形成
冰VII
。
冰VII的分子排列呈致密的立方结构，就像魔方中的小立方体。科学家曾在地球地幔的钻石样本中发现冰VII，并推测它可能存在于其他星球内部。
15年前，分子动力学的计算机模拟预测，当冰VII在高温和极高压下，水分子的结构会
排列成一个刚性的
体心立方晶格
（bcc）
——与普通的冰VII类似，但又可以在
皮秒
（10⁻¹² 秒）
尺度上持续旋转
——表现出液态般的旋转自由度。
换言之，这是一种兼具
固体与液体特性
的混合态。可以想象，当挤压这种冰时，它会变得更柔软。因此，这种理论上的新冰相被命名为
塑性冰VII
，意味着它比典型的晶体冰
更易形变
，具备科学家所说的
塑性
。就像某种固体材料，即便仍然保持固态，也能像黏土一样挤出形变。
然而，
由于当时的技术无法在这种极端压力下进行实验，科学家无法直接证实塑性冰的存在。
突破性的实验
在新的研究中，研究团队利用
准弹性中子散射
（QENS）
技术，做出了突破性的发现。QENS 技术是研究
快速分子运动的理想工具。与其他光谱技术相比，QENS 具有独特的优势，能够
同时探测水分子的平移和旋转动力学
，从而深入研究这一奇异的相变过程。
利用这种技术，研究人员
在450–600 K
（约 177°C–327°C）
的高温，以及0.1–6 GPa
（约为地球大气压的60,000 倍）
的超高压环境下，首次在实验中直接确认了塑性冰 VII 的存在
。
随着温度和压力的变化，QENS观察
到三种不同的水相：
1、
液态水
：水分子既具有
平移运动
，也具有
旋转运动
；
2、
固态冰
：水分子的
平移和旋转运动均被冻结
；
3、
塑性冰 VII
（介于两者之间）
：水分子保持
有序的晶体结构
，失去自由移动能力，但仍然可以旋转。
分子运动机制的新发现
对QENS数据的深入分析表明，塑性冰VII的分子动力学比最初的模拟预测的更加复杂。测量数据显示，塑性冰VII的分子旋转机制
并不符合自由转子
（free rotor）
模型
的假设。
接着，研究人员对塑性冰VII进行了进一步的分子动力学模拟与
马尔可夫链
分析，进而揭示了更详细的水分子运动机制。最终，研究团队确定了一种“
四重旋转模型
”最符合实验数据，这一模型通常适用于
具有跳跃旋转特征
的塑性晶体。
此外，研究团队还利用中子与X射线衍射实验，探索了
从冰VII到塑性冰VII
的相变过程。根据不同的模拟方法，这一相变可能是
一级相变
或
连续相变
。如果它是连续相变，这将极具研究价值，因为这暗示着这种塑性相可能是
超离子相
的前驱态。在神秘的超离子相中，氢原子会在更高的温度和压力下
自由扩散
到氧原子构成的晶体结构中，形成另一种混合相。
