圖片來源：EPFL

       水是地球上最重要、分布最廣的化合物之一。它覆蓋了地球表面 70% 以上的面積，塑造了地球的成分和地質結構，調節著地球的氣候和天氣模式，并且是我們所知的所有生命的基礎。

　　但是水也很奇怪。它表現出許多異常特性，迄今為止，科學家們已經發現七十多種。有幾種理論試圖解釋這些異?，F象，但很難通過實驗驗證它們。原因之一是這需要研究 160 K 到 232 K（約-113 °C 到 -41 °C）之間的水，這是一個臭名昭著的溫度范圍，被稱為“無人區”，在這個溫度范圍內，水的結晶速度非?？?，以至于科學家不可能研究它的性質。

　　但為什么會有人想要將水冷卻到這么低的溫度呢？因為當水冷卻到冰點以下時，它會變得“過冷”，具有獨特而迷人的特性；例如，在某些條件下，它可以保持液態，但在受到干擾或接觸某些物質時會立即凍結。過冷水是通過將液態水冷卻到冰點以下而獲得的，同時使用一些技巧來防止它結晶或至少減慢這個過程。不過，即使有這些技巧，它在‘無人區’中結晶還是太快了。

　　EPFL 基礎科學學院的 Ulrich Lorenz 教授說：“幾十年來，系統地探索所謂‘無人區’水結構的實驗一直難以實現。”現在，由Lorenz領導的科學家們已經找到了一種方法。該團隊開發了一種方法，可以在一個明確的溫度下快速制備深度過冷水，并在其結晶之前用電子衍射對其進行探測。

　　“盡管這個話題已經爭論了四十多年，但我們仍然沒有完全理解為什么水是一種異常液體，答案似乎就在‘無人區’。但由于結晶速度太快，無法在整個溫度范圍內進行任何測量。這是第一次嘗試，使我們離解開這個長期存在的謎團更近了一步。”

　　科學家們使用他們在實驗室定制的專用時間分辨電子顯微鏡進行了實驗。他們在明確的溫度下制備了過冷水，并在結晶發生之前直接對其進行探測。為此，他們將一層石墨烯冷卻至 101 K（約-172°C），并沉積了一層非晶冰薄膜。然后，他們用微秒激光脈沖局部熔化薄膜，在“無人區”獲取水，并用強烈的高亮度電子脈沖捕捉衍射圖案。

　　研究人員發現，當水從室溫冷卻到低溫時，其結構會平穩演變。在略低于 200 K（約 -73°C）的溫度下，水的結構開始看起來像無定形冰——一種水分子處于無序狀態的冰——不像我們通常熟悉的整齊的結晶冰。

　　“結構的平穩演變使我們能夠縮小對水異常起源的可能解釋的范圍，”Lorenz說。“我們的發現和開發的方法使我們離解開水的奧秘又近了一步。很難擺脫這種無處不在、看似簡單的液體的魅力，它仍然沒有透露它所有的秘密。”

信息來源：洛桑聯邦理工學院（EPFL）、Carbontech