美国卡内基研究所研究人员刘聪和罗纳德·科恩通过计算模拟发现，天王星和海王星等冰巨行星内部可能存在一种先前未知的物质状态。这项发表在《自然通讯》上的研究预测，在这些外太阳系天体深处极端条件下，碳氢化合物会形成准一维超离子态。

对天王星和海王星密度的测量显示，这些行星内部包含由水、甲烷和氨组成的“热冰”中间层。在高压高温环境下，这些物质可能出现奇异相态。刘聪和科恩利用高性能计算和机器学习，模拟了碳氢化合物在压力达3000万倍大气压、温度超6000开尔文条件下的行为。

模拟结果显示，碳原子会形成有序六边形框架，氢原子则沿螺旋路径移动，形成准一维超离子态。科恩表示：“这种新预测的碳-氢相特别引人注目，因为原子运动不是完全三维的。氢优先沿着嵌入有序碳结构中的明确螺旋路径移动。”这种定向运动可能影响行星内部能量再分配和电导率，进而影响对冰巨星磁场产生的解释。

超离子材料介于固体和液体之间，部分原子保持晶体排列，部分则可移动。刘聪指出：“碳和氢是行星材料中最丰富的元素，但它们在巨行星条件下的联合行为仍远未完全理解。”这项发现不仅扩展了对极端条件下物质行为的认识，也可能对材料科学和工程产生启示。

出版详情：作者：Carnegie Institution for Science；标题：《The depths of Neptune and Uranus may be 'superionic'》；发表于：《Nature Communications》(2026)；期刊信息: Nature Communications