◆发表要点

• 冰的结晶结构有很多不同的种类，但是没有发现具有最紧密填充结构（分子最大限度紧密堵塞的结构）的冰。
  
• 但是，在圆筒状的纳米管内，通过分子模拟发现了具有最紧密填充结构的新型冰。
  
• 发现纳米管内的最密填充冰有两种类型。一种是具有完美氢键网络的氢有序冰，另一种是具有随机分子取向的塑料冰。
  

　冈山大学异领域基础科学研究所的甲贺研一郎教授（理论物理化学），浙江大学（中国）的望月建尔教授，冈山大学研究生院自然科学研究科博士后期课程的足立优司研究生（当时）的研究小组分子模拟显示，迄今为止未知的致密填充结构的冰可以在纳米管中存在。
　确认了水这种身边的物质有18种冰（分子性结晶相）。但是，任何晶体结构都不是最密集的填充结构。最密集填充结构是指将球（例如网球）最密集地塞进箱子时的球的排列。金、银、铜等很多固体中的原子排列是最密填充结构，但水即使在高压条件下也不会成为最密填充结构。其理由是，水分子与相邻的4分子之间正好形成4个氢键（“冰的规则”）是优先的。但是，本研究首次表明，圆筒状纳米管内的水在高压条件下自发地变成具有最紧密填充结构的结晶。通过改变压力、温度、管径，会出现螺旋状或直线状分子排列的各种最密填充结构的结晶相。
　特别值得注意的是，纳米管内存在同时满足“冰的规则”和“最密填充”两个不相容条件的冰（氢有序冰）。另外，晶体中的各个水分子持续旋转，具有随机分子取向的塑料冰的存在也变得清楚了。该研究成果于2023年12月18日在美国化学会ACS Nano上发表。

◆研究者寄语

应该是身边的水和冰的性质意外地留下了很多未阐明的部分。因此，最先进的实验和理论研究在全世界都很活跃。这次我们的研究小组使用一种称为分子动力学模拟的方法，发现纳米空间内部的水会变成一种新型的冰。今后，期待通过实验确认纳米管内的最密填充冰。

甲贺教授

■论文信息
论 文 名：Close-Packed Ices in Nanopores
刊登杂志：ACS Nano
著 　者：Kenji Mochizuki, Yuji Adachi, and Kenichiro Koga
D O I：10.1021/acsnano.3c07084
U R L：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c07084

■研究资金
　本研究是在科学研究费（18KK0151,20H02696）的支援下实施的。另外，本研究是由冈山大学和浙江大学的国际共同研究实施的。

＜详细研究内容＞
预测纳米管内存在同时满足被认为不相容的“冰的规则”和“最密填充结构”的“未知冰”！～发现身边的水不为人知的样子～

＜咨询＞
冈山大学异领域基础科学研究所
教授　甲贺研一郎
（电话）086-251-7904