Обычная вода продолжает удивлять ученых. Под огромным давлением она образует кристаллические структуры, которые не встретить в природных условиях на Земле.
Корейский институт стандартов и науки собрал международную группу из 33 ученых. Они использовали динамическую ячейку с алмазными наковальнями (dDAC) — устройство, которое создает давление свыше 2 гигапаскалей. Для сравнения: это примерно в 20 тысяч раз больше атмосферного давления.
Вода оставалась жидкой при комнатной температуре, хотя обычно кристаллизуется уже при 0,96 ГПа. Ученые наблюдали процесс с микросекундным разрешением — одна миллионная доля секунды. Доктор Ли Гын У из Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки объясняет: комбинация dDAC и рентгеновского лазера XFEL позволила зафиксировать ранее недоступные моменты.
Лед образуется не только при охлаждении. Кристаллизацию запускает и давление — молекулы воды выстраиваются в регулярную структуру через водородные связи. В эксперименте вода прошла несколько стадий замерзания и таяния, прежде чем превратиться неизвестную форму кристаллического льда, официально названную Ice XXI.
Новая форма льда обладает необычной кристаллической решеткой. Ее элементарная ячейка — базовый повторяющийся элемент — оказалась больше и сложнее, чем у известных 20 фаз льда. Структура представляет собой уплощенный прямоугольник с двумя равными сторонами.
Историческая хронология открытий ледяных фаз, от Ice I до Ice XX, охватывающая более столетия
Доктор Ли Юн Хи отмечает: плотность Ice XXI соответствует льдам в недрах спутников Юпитера и Сатурна. Открытие поможет изучать поведение воды в экстремальных условиях космоса. Возможно, это приблизит науку к пониманию возможности жизни на ледяных планетах.
Устройство dDAC сократило время сжатия с десятков секунд до 10 миллисекунд. Такая скорость позволила избежать механических повреждений и достичь нужного давления без преждевременной кристаллизации. Раньше это было технически невозможно.