## 在第一次核爆炸试验的残骸中发现的奇怪晶体

三位一体核试验留下了一种独特的物质形态，如今科学家们在其中发现了一种新的化学结构

新墨西哥州某次三位一体核试验产生的火球。安德伍德档案供稿人盖蒂图片社

安德伍德档案供稿者盖蒂图片社

多年前，第一颗原子弹爆炸了。三位一体试验作为曼哈顿计划的一部分在新墨西哥州沙漠进行，引爆了一枚钚弹，其释放的能量相当于25千吨TNT。蘑菇云消散后，熔化的沙子与汽化的传感器导线结合，留下了一种奇特的玻璃状物质。科学家们称之为三硝基岩。

研究人员近期在三硝基岩中发现了一种名为笼形包合物的新材料——这是一种笼状化学晶格，能将其他原子困在其内部。意大利佛罗伦萨大学的地质学家卢卡宾迪是详细描述该发现的一项研究的合著者，他表示：这是一种全新的笼形包合物晶体——在自然界或核爆炸产物中从未出现过的物质。

这种奇特的材料是极端特殊条件下的产物。在三位一体核爆炸中，被卷入后续火球的沙子暴露在超过1500摄氏度的高温和数吉帕斯卡的压力下——这相当于正常大气压的数万倍，足以将石墨挤压成钻石。物质迅速汽化、混合并冷却，重新排列成新的形态。这一切都发生在几秒钟内，因此原子没有时间排列成稳定结构，从而形成了像这种奇特的非平衡态材料，宾迪说道。

相关知识

晶体是原子、分子或离子在三维空间中按周期性规律有序排列形成的固体。它具有固定的熔点、规则的几何外形和各向异性等特性，常见的食盐、钻石、冰等都属于晶体。晶体在材料科学、光学、电子等领域应用广泛，是构成许多天然物质与人工功能材料的重要基础。

笼形化合物是在嵌入托里尼石的富铜金属液滴内部发现的。该笼形化合物的笼状结构为由硅原子构成的12面十二面体和14面十四面体，内部包裹着钙原子——有时还有铜原子和铁原子。

在发现新笼形化合物的研究中使用的三硝基甲苯样品。卢卡宾迪亚、马雷克米哈尔科维奇、迈克尔威多姆、保罗J斯坦哈特美国国家科学院院刊

卢卡宾迪亚、马雷克米哈尔科维奇、迈克尔威多姆、保罗J斯坦哈特美国国家科学院院刊

马萨诸塞大学洛厄尔分校的地球科学家G纳尔逊伊比表示：三位一体试验的短暂极端条件使得可能形成实验室实验中无法发现的亚稳相。他此前曾与该研究的部分作者合作，但并未参与这项研究。这是笼形物领域一个有趣的新补充。

笼形水合物晶体并非在三硝基甲烷晶体中发现的唯一新型化学物质。此前研究人员发现了一种准晶体——这是科学家曾认为不可能存在的物质，它挑战了关于固体形成方式的传统观念。准晶体具有有序结构，但其原子不像普通晶体中的原子那样周期性重复排列。

已知的另一种天然形成的准晶体是在陨石碎片中发现的，科学家认为它是在太阳系早期两颗小行星剧烈碰撞时形成的。

在特里尼蒂石中发现的准晶体由铁、硅、铜和钙这四种元素组成，这些元素也构成了新发现的笼形化合物。宾迪表示：在同一物质中发现的准晶体尤其令人感兴趣，因为它是在相同的极端条件下形成的，且至今仍无法在实验室中重现，这使其成为自然界创造但我们尚未能完全复制的结构的罕见例子。

科学家们推测，这两种晶体是在爆炸中的相同温度和压力条件下形成的，但在铜容易获得的区域形成了准晶体，而在铜稀缺的区域则形成了笼形包合物。

这项研究强调了核爆、雷击和超高速撞击等罕见的高能事件如何成为产生意外晶体物质的天然实验室，作者在论文中写道。研究结果发表于《美国国家科学院院刊》。

相关知识

晶体是内部原子或分子在三维空间呈周期性有序排列的固体，具有规则几何外形、固定熔点及各向异性等特性。常见例子有食盐（氯化钠晶体）、钻石（金刚石晶体）、冰等。与非晶体（如玻璃、松香）不同，晶体的有序结构使其表现出独特的物理化学性质，广泛存在于自然界和人工材料中。

BY: Clara Moskowitz

FY: AI

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