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马琰铭教授团队研究成果发表在《美国科学院院刊》

时间:2020-03-05    点击:

  日前,我院马琰铭教授研究团队在高压行星物理研究方面取得新进展。相关研究成果以“Stability of H3O at extreme conditions and implications for the magnetic fields of Uranus and Neptune”为题,于2020年3月3日在线发表在《美国科学院院刊》。

  1986年和1989年,美国“旅行者2号”探测器对天王星和海王星的磁场测量后,惊奇的发现:与地球的南北两极磁场不同,两冰巨行星不仅拥有多级磁场,而且磁偏角偏大,分别是59°和47°。后期研究表明该磁场的起源可由“发电机效应”模型来定性解释,但是作为解释该磁场的关键因素之一,即冰巨行星内部导电层的物质结构未知,长期制约冰巨行星磁场起源的研究进展。


图1. 流体导电层H3O是理解天王星和海王星多级磁场形成的关键因素之一。

  

  天王星和海王星内部处于高温高压状态,含有大量的H2O(56%)、CH4(36%)、NH3(8%)等,前期研究表明CH4在冰巨行星内部的温压条件下会分解成氢和金刚石。基于以上分析,马琰铭教授团队提出H2O在高压富氢环境下可能生成了新奇氢氧化合物,利用课题组自主研发的卡里普索晶体结构预测方法与软件,开展了氢氧体系在高压下的晶体结构搜索,发现了反常化学计量配比H3O高压相,揭示了H3O在冰巨行星内部温压条件下以流体导电层形式存在,这不仅为阐明天王星和海王星的异常磁场形成的物理机制提供了新思路,也为理解其它冰巨行星内部结构和演化提供了新途径。

  《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,缩写PNAS)是世界公认的四大顶刊(Cell,Nature,Science,PNAS)之一,拥有超过百年的办刊历史,有着较高的国际学术声誉。PNAS发表的文章涵盖研究领域包括:生物、化学、物理等,是被引用次数最多的综合性期刊之一。

  物理学院计算方法与软件国际中心的博士研究生黄佩豪和刘寒雨教授为本文的共同第一作者,通讯作者为美国内华达大学的陈长风教授、美国伊利诺伊大学的Russell J. Hemley教授、吉林大学的王彦超教授和马琰铭教授。该工作得到了国家自然科学基金、科学挑战计划、吉林大学科学技术创新研究团队的资助和吉林大学高性能计算中心与北京计算科学研究中心天河二号的支持。


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