1945年新墨西哥沙漠的那次爆炸,至今仍在给科学家带来意外发现。当年"三位一体"核试验留下的玻璃状物质——被命名为"三一岩"(trinitite)——最近又揭示了一种从未见过的晶体结构。

意大利佛罗伦萨大学地质学家Luca Bindi参与的最新研究确认,这种新物质属于笼形化合物(clathrate)。它的结构像笼子一样,能将其他原子困在内部。"这是一种全新的笼形晶体,"Bindi表示,"自然界中从未发现过,核爆炸产物中也没有先例。"

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这种晶体的形成条件极为极端。爆炸瞬间,卷入火球的沙子承受了超过1500摄氏度的高温和数吉帕斯卡的压力——相当于大气压的数万倍,足以把石墨压成钻石。物质在极短时间内汽化、混合、冷却,原子来不及排列成稳定结构,最终形成了这种非平衡态材料。"整个过程只持续了几秒钟,"Bindi解释道。

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新发现的笼形化合物嵌在一颗富铜金属液滴中。它的"笼子"由硅原子构成,呈12面体或14面体形状,内部困着钙原子,有时还有铜和铁原子。

马萨诸塞大学洛厄尔分校地球科学家G. Nelson Eby评价称:"三位一体试验的瞬时极端条件能够形成亚稳态相,这类物质在实验室实验中可能无法获得。这是笼形化合物家族的一个有趣新成员。"Eby曾与部分研究作者有过合作,但未参与本次研究。

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这并非三一岩首次带来化学新发现。2021年,研究人员在其中找到了一种准晶体(quasicrystal)——这种物质的发现曾颠覆固体物理学的传统认知。准晶体具有有序结构,但原子排列不像普通晶体那样周期性重复。

此前唯一已知的天然准晶体来自陨石碎片,科学家推测它形成于太阳系早期两颗小行星的剧烈碰撞。而三一岩中的准晶体与最新发现的笼形化合物成分相同,均由铁、硅、铜、钙四种元素构成。