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化学：氷の均一融解における制御段階としての欠陥対分離
Nature 498, 7454 doi: 10.1038/nature12190
氷は、加熱されると融解して液体の水に変化する。この過程は多くの場合、表面の存在などの不均一な環境下で起こるとされるが、バルク氷の内部では均一的に起こり得る。熱的に誘起される一般の固体の均一融解はかなりよく理解されており、融解核の形成と成長を伴う。しかし、水の場合、水素結合に回復力があるため、氷の融解はより複雑になる。氷の均一融解中に出現する最初の欠陥が5員環と7員環の対になっており、それらの欠陥が氷の結晶構造中で空間的・時間的にランダムに出現と消失を繰り返すことがわかっている。しかし、こうした欠陥の蓄積による集合体形成はエネルギーの面でほぼ加法的であり、自由エネルギーの急激な増加をもたらし、さらなる成長は抑制される。今回我々は、氷の均一融解の分子動力学シミュレーションを行い、欠陥対の単なる増加ではなく、ある欠陥対の空間的分離が氷融解の重要な第一段階であることを明らかにした。その欠陥対は格子間型（I）、欠陥と空孔型（V）、欠陥の対（Frenkel対）またはL欠陥とD欠陥の対（Bjerrum対）であるが、我々は、こうした欠陥対がいったん分離すると、エントロピー的に安定化する、すなわち「からまる」ことを見いだした。この状態において、3配位水素結合の欠陥が存続・成長することにより、系はそれに続く高速な融解過程の準備を整えることになる。
