美国首次核弹试验创造的一种不寻常晶体，可能有助于科学家理解量子计算机、太阳能和电池所需的结构。

美国首次钚内爆试验——也是其引爆的第一枚核弹——将承载核弹的100英尺（30米）高塔，连同上面所有的铜线、铜护套和同轴电缆，全部汽化殆尽。

1945年7月16日，罗伯特·奥本海默启动“三位一体”试验，当量为2.1万吨的炙热火球几乎瞬间在新墨西哥州上空炸开。爆炸使塔架汽化形成的金属气溶胶及其下方的砂岩荒漠尘埃暴露在超过2732华氏度（1500摄氏度）的高温中。施加在这些物质上的压力高达每平方英寸约100万磅，堪比地下数百英里处，地壳挤压地幔岩石所承受的压力。

正因如此，80多年后，物理学家、地质学家和其他研究人员仍在昔日的曼哈顿计划阿拉莫戈多轰炸靶场，不断发现美国西南沙漠基本化学成分的剧烈重组产物，也就不足为奇了。

如今，欧洲和美国的物理学家揭示了一种他们称为“前所未知的晶体相”的化合物。这种化合物被称作笼形化合物（clathrate），由硅、钙、铁以及“三位一体”历史性爆炸所汽化的部分铜组成。与其他笼形化合物一样，这颗来自三位一体试验场的晶体形成了复杂的几何网格结构，能像纳米级笼子一样容纳其他较小的分子或原子。

这项新研究的第一作者、意大利地质学家卢卡·宾迪及其同事写道，这一发现“代表着在核爆炸固态产物中，首次通过晶体学手段确认了笼形化合物结构”。研究人员表示，该发现可能加深我们对这些珍贵晶体化合物的认识。

晶体化学

材料科学家极为看重笼形化合物在众多高科技应用中的用途。例如，这些晶体可以像微型停车库一样，在锂离子电池充放电循环的起始和结束时，储存锂离子。在各行各业中，笼形化合物已帮助工程师定制高度专用的硅化合物，通过注入或“掺杂”具有特定电学、磁学或催化特性的元素，来提升太阳能电池、量子计算机以及无数其他创新器件的性能。

宾迪及其合著者在新研究中更广泛地指出：“这项工作凸显了稀有高能事件——如核爆炸、雷击和超高速撞击——如何充当天然实验室，生成意想不到的结晶物质。”

他们还在论文中写道，新发现的笼形晶体还将作为一个真正的核爆极端案例，帮助科学家更好地模拟和预测这些复杂分子几何结构的形成方式，而这种案例是“常规合成手段无法企及的”。

晶体钥匙

研究人员在红色托立尼提石（red trinitite）中发现了这种前所未知的笼形化合物。托立尼提石是“三位一体”核弹产生的玻璃化沙子的罕见碎片。“虽然大多数托立尼提石呈现特有的淡绿色，”研究人员指出，“但一种较为罕见的变种——红色托立尼提石——富含来自汽化塔架、同轴电缆和记录仪器的金属。”

意大利佛罗伦萨大学矿物学与晶体学教授宾迪与普林斯顿大学、卡内基梅隆大学以及斯洛伐克科学院的物理学家合作，对这种笼形材料进行了极其精细的单晶X射线衍射分析，以绘制其三维几何结构。随后，他们对笼形化合物名副其实的多面几何结构——十二面体（12面）与十四面体（14面）的硅笼——开展实验，以判断其是否可能与2021年他们在三位一体试验场发现的另一种不寻常准晶体存在关联。

尽管研究人员未能确定这两种由核爆炸生成的不寻常化合物之间存在联系，但他们指出，该地点的红色托立尼提石中还存在许多不寻常且尚待发现的化合物，正等待进一步比较和对照。

宾迪及其合著者在研究中指出：“对红色托立尼提石中金属液滴的系统研究揭示了一系列不寻常的物相，反映了爆炸期间产生的独特化学环境。”

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