Из горячей воды выжали новую форму льда

Ученые смогли экспериментально продемонстрировать существование особой формы соединения водорода и кислорода при экстремальных условиях — суперионного водяного льда. В этом веществе ионы водорода свободно перемещаются внутри кристаллической решетки, образованной кислородом. Суперионный водяной лед теоретически был предсказан еще 30 лет назад. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Physics.

В 1988 году физики на основе теоретических расчетов показали, что при экстремально высоких давлениях должны существовать новые формы льда. В частности, около при температуре 5000 кельвинов (примерно равно температуре поверхности Солнца) и давлении 200 гигапаскалей (2 миллиона атмосфер) лед должен плавиться и превращаться в смесь ионов водорода и кислорода. При еще больших давлениях, тем не менее, вновь должна образовываться твердая кристаллическая структура, но только из ионов кислорода, в то время как водород сможет свободно в ней перемещаться, представляя из себя нечто вроде протонной жидкости. Ученые предполагают, что в таком состоянии может находиться материя внутри планет из класса ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун.

«Наши опыты подтверждают два основных предсказания о суперионном льде: очень высокая протонная/ионная проводимость внутри твердого тела, а также высокая температура плавления, — поясняет ведущий автор работы Мариус Мийо из Ливерморской национальной лаборатории в США. — Наша работа предоставляет экспериментальное подтверждение существования суперионного льда, а также показывают, что предсказания о нем не были ошибками моделирования, а действительно отражают необычное поведение воды при таких условиях».

При помощи сверхкоротких лазерных импульсов ученые сжимали образец, уже находящийся под давлением в 25 000 атмосфер в алмазной наковальне. В результате по веществу проходила волна сжатия, и у физиков было 10 — 20 наносекунд, чтобы определить характеристики материи внутри нее, перед тем как вся система вместе с алмазами не испарялась из-за разгерметизации и падения давления.

Работа может стать важным этапом в понимании внутреннего строения таких планет, как Уран и Нептун, так как их внешние слои примерно на 2/3 по массе состоят из воды. Ранее считалось, что по большей части эти тела состоят из жидкости. Новые результаты могут существенно изменить представление об их строении и объяснить то, как образуются и функционируют их магнитные поля. Следующим этапом авторы называют определение структуры кислородной решетки.