Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта
Вода — одно из самых странных веществ на Земле. Она расширяется при замерзании, у нее необычно высокое поверхностное натяжение и температура кипения. Но если изменить давление и температуру, вода начинает вести себя еще более необычно. Группа физиков под руководством Алексиса Форестье из Французской комиссии по альтернативной энергетике и атомной энергии продемонстрировала одну из самых экзотических форм льда, полученную при экстремальных условиях.
Изображение: ScienceAlert
Авторы работы сжали крошечные образцы воды между алмазными наковальнями до давления 230 гигапаскалей — это в 2,3 миллиона раз выше атмосферного давления на уровне моря. Для сравнения: в центре Земли давление составляет около 360 гигапаскалей. Одновременно образцы нагревали лазерами до 2357 °C.
При таких условиях вода не становится газом, как можно было бы ожидать. Огромное давление не дает ей расширяться, и она превращается в так называемый суперионный лед. В этом состоянии атомы кислорода застывают в кристаллической решетке, как в твердом теле, а ядра водорода движутся сквозь эту решетку, подобно частицам жидкости.
Физики просвечивали образцы узким пучком синхротронного рентгеновского излучения, чтобы увидеть изменения в кристаллической структуре. Им удалось зафиксировать конфигурацию, которую ранее предсказывали теоретически, но никогда не наблюдали в экспериментах, — гексагональную плотноупакованную структуру или hcp-лед. В этой структуре слои атомов кислорода уложены в иной последовательности, чем у ранее известной кубической формы суперионного льда.
Оказалось, что переход между этими двумя формами происходит при усилении экстремальных условий. При давлении 155 гигапаскалей и температуре 1727 °C рентгеновский сигнал показывал смесь обеих структур. При 197 гигапаскалях и 1977 °C hcp-структура становилась заметнее. А при 219 гигапаскалях и 2357 °C кубическая форма почти исчезла, и безраздельно господствовала гексагональная.
Интересно, что ученые уже видели признаки этой структуры в данных более ранних экспериментов, но не смогли их правильно интерпретировать. Теперь они предполагают, что при давлении выше 200 гигапаскалей hcp-лед становится более стабильной формой суперионного льда.
Это открытие важно для понимания устройства Урана и Нептуна. Считается, что в недрах этих планет существует суперионный лед, и его свойства могут влиять на генерацию их магнитных полей. Если hcp-лед проводит электричество иначе, чем кубическая форма, это может изменить модели того, как движутся вещества и электрические заряды внутри планет, а значит, и объяснить их странные, несимметричные магнитные поля. Однако точные свойства нового льда пока неизвестны — авторам работы предстоит выяснить его пластичность и электропроводность с помощью дальнейших экспериментов и теоретических расчетов.