卡内基研究所的刘聪与罗纳德·科恩在一项计算模拟研究中提出，天王星和海王星等冰巨星内部可能存在一种此前未被识别的物质状态：在极端压力与温度条件下，碳氢化合物（CH）或可形成准一维超离子态。相关研究已发表在《自然通讯》（Nature Communications）。

随着已确认的系外行星数量超过6000颗，天文学家、行星科学家与地球科学家正通过观测、实验与理论等多种路径交叉合作，以刻画影响行星演化的关键过程，其中包括磁场的产生机制。研究团队指出，对太阳系内行星及其卫星深部过程的理解，也有助于完善对行星动力学的认识。

冰巨星内部的“热冰”层

基于对天王星和海王星密度的测量，研究人员普遍认为，这两颗行星在氢和氦大气包层之下、岩石核心之上，存在由非常规“热冰”构成的中间层。该层被认为包含水（H2O）、甲烷（CH4）和氨（NH4）等成分，并可能在高压高温环境下呈现不同于常规条件的物相。

研究团队表示，正是这些极端条件下的物理性质，促使理论与实验研究持续尝试预测并在实验室中重现可能出现的物质状态。

高压高温下的碳氢化合物模拟

刘聪与科恩利用高性能计算与机器学习方法，对碳氢化合物（CH）在约500万至近3000万倍大气压（500至3000吉帕斯卡）以及6740至10340华氏度（4000至6000开尔文）的条件下进行了基于量子物理的模拟。

模拟结果显示，体系可能形成一种有序的六角形框架结构，氢原子沿螺旋路径迁移，从而呈现准一维超离子态。研究人员解释，超离子材料通常处于固体与液体之间：部分原子维持晶体框架，另一部分原子则具有较高的可移动性。

科恩在论文中指出，该预测物相的特点在于原子迁移并非完全三维，氢原子更倾向于沿嵌入有序碳结构中的明确螺旋通道运动。

对行星内部传导与磁场研究的意义

研究团队认为，这种具有方向性的原子运动，可能对行星内部热量与电流的传导产生重要影响，并可能进一步影响内部能量再分配与电导率等性质，从而为理解冰巨星磁场产生机制提供新的线索。

研究还指出，该结果拓展了对简单化合物在极端条件下行为的认识，显示即便是相对简单的体系，也可能在高压高温环境中形成复杂物相。刘聪表示，碳与氢是行星物质中最丰富的元素之一，但它们在巨行星条件下的共同作用仍有待进一步厘清。

研究团队同时提到，识别凝聚态物质中强方向性的新兴现象，除行星科学外，也可能对材料科学与工程研究带来启发。