image: 黑色实线表示相边界；实心三角、五角星和圆分别表示固体、超离子态和流体；实心方块表示FeO2H2He的存在几率；黄色区域表示地球内部温压区域。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》杂志在线发表了吉林大学张车荣博士、刘寒雨教授，马琰铭教授和美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授的研究工作，该工作预测了在地球内部可能存在的新型矿物FeO2H2He。数值模拟表明改矿物中的H离子能够自由流动，即FeO2H2He呈现超离子态。
一方面，H和He是宇宙中含量最高的两种元素，也是众多行星内部的重要组成元素，但由于He核外电子具有稳定的满壳层电子结构，He难与H等元素发生化学反应。另一方面，近期的研究表明FeO2矿物可能存在于下地幔，而且分别可与H和He发生化学反应而形成稳定的矿物，这预示FeO2和H与He可能发生化学反应形成新矿物。因此预测Fe-O-H-He在高压下的晶体结构不仅有助于发现地球内部新型矿物，还有助于研究H和He的化学关联作用。基于课题组前期自主研发的粒子群智能结构预测方法和软件CALYPSO，马琰铭教授团队预测了在高压下稳定的新型FeO2H2He矿物，相图研究表明该矿物可能存在于地球深部。分子动力学计算预示该矿物在高温高压下呈现超离子态，即H离子具有类液体行为。电子性质分析揭示了该矿物中存在接近于氢键强度的H-He化学关联。这不仅为H和He之间的化学关联研究提供了新平台，而且为研究地球内部和其他行星内部可能存在的H-He混溶物提供了新思路。
研究详情请见原文：
Direct H-He Chemical Association in Superionic FeO2H2He at Deep-Earth Conditions
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab168
Journal
National Science Review