Исследователи из Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса открыли необычную фазу льда, которую окрестили суперионным льдом (superionic ice). Главная черта данного состояния — в его кристаллической решетке атомы кислорода образуют твердый каркас, вокруг узлов которого свободно вращаются протоны. Интересно то, что подобное состояние было предсказано более 30 лет назад, и по словам специалистов, такой лед не может существовать на Земле, зато встречается в ядрах ледяных планет вроде Урана.
Лед по своей сути — это вода, молекула, состоящая из атома кислорода, связанного с двумя атомами водорода. При замораживании молекулы могут образовывать кристаллические структуры различной формы. Обычная кристаллическая сетка льда строится из шестигранников, однако существуют и другие варианты, например кубическая решетка, структура которой напоминает куб. Эти фазы возникают только при специфических условиях, и дома в холодильнике их не получить. Чтобы получить суперионный лед, учёные сжали молекулы воды под давлением, создаваемым двумя алмазными платформами. Эта фаза получила название лед-VII.
Кристаллическая структура льда-VII
После сжатия молекул воды учёные при помощи мощного лазера сформировали внутри кристаллической решетки ударные волны. Затем, увеличивая интенсивность ударов, внутри структуры между алмазными плитами образовались полости. Затем новая форма льда была исследована на ряде свойств.
Процесс формирования льда-VII при помощи лазера
Установлено, что кристаллическая решетка могла сохранять структуру даже в диапазоне температур от примерно 2000 до 5000 Кельвинов. Причём такой лед оказался электропроводящим. Таким образом, удалось зафиксировать, что была получена одна из форм суперионного льда, в которой кристаллическая сеть состоит из атомов кислорода, внутри которой свободно перемещаются ядра водородных атомов. Как заявил Джонатан Фортни, один из авторов работы,
«Такая форма льда может сохранять стабильность при чрезвычайных условиях, встречающихся только в центральных частях ядер планет, таких как Нептун или Уран. Конечно, помимо льда там присутствуют и другие вещества, например аммиак и метан. Со временем мы попытаемся выяснить, сможет ли существовать стабильный суперионный лед при наличии этих веществ».
