近期，吉林大学物理学院、未来科学国际合作联合实验室高压科学与技术团队在Proceedings of the National Academy of Sciences上发表题为“Stability of H3O at extreme conditions and implications for the magnetic fields of Uranus and Neptune”的研究工作，为推进行星高压科学的研究进展提供理论支撑。
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：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。
该工作是由吉林大学未来科学国际合作联合实验室高压科学与技术团队、美国内华达大学拉斯维加斯分校和美国伊利诺伊大学的科研人员共同合作下完成，得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、科学挑战计划、吉林大学科技创新团队计划等基金的资助。
相关的研究成果近期发表在Proc. Natl. Acad. Sci.杂志上，第一作者为黄佩豪博士和刘寒雨教授。通讯作者为美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授、美国伊利诺伊大学Russell J. Hemley教授、吉林大学王彦超教授和马琰铭教授。
全文链接：https://www.pnas.org/content/117/11/5638
