近日，吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室马琰铭院士团队在地球内部水输运载体研究中取得重要进展。相关成果以“New MgSiO₄H₂ Phases as Potential Primary Water Carriers into the Deep Earth”为题发表在《Physical Review Letters》上。

地球内部的水循环在地球演化和动力学过程中具有至关重要的作用，是长期以来备受关注的科学问题之一。由于MgSiO₄H₂具有较宽的温压稳定区间，被认为是地球内部水输运的关键载体。然而，MgSiO₄H₂的晶体结构一直未被确定，这阻碍了对地球深部水循环过程的深入理解。本文利用CALYPSO晶体结构预测方法结合第一性原理计算，预测了MgSiO₄H₂的两个高压候选晶体结构，其理论模拟的稳定区间和XRD数据与实验结果一致。在此基础上，建了MgSiO₄H₂和AlOOH的固溶体，发现其在广泛的温压区间内能够稳定存在，得到实验证实。该研究不仅拓展了人们对地球深部水输运载体的认知，也为理解地球及超类地行星内部的水循环和储存提供了重要参考。

图1.（a）α-MgSiO₄H₂和（b）β-MgSiO₄H₂的晶体结构（c）焓值随压力的变化曲线

图2.（a）模拟的MgSiO₄H₂的P-T相图（b）实验和理论模拟的XRD图谱

图3.不同温压条件下的(x)MgSiO₄H₂·(1-x)AlOOH的吉布斯自由能

图4.（a）背散射电子图像（b）元素映射图像和（c）XRD图谱

论文第一作者为吉林大学2018级博士生邵森，吉林大学吕健教授为共同一作，通讯作者为美国内华达大学陈长风教授，吉林大学刘兆东教授，王彦超教授和马琰铭院士。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、吉林大学高层次科技创新团队等项目的资助支持。

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https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.214101