Недавно группа ученых воссоздала в лаборатории горячий темный лед, известный как "суперионный". Эта работа необходима для понимания этой фазы воды, обнаруженной глубоко в некоторых планетах, таких как Уран и Нептун. Подробности исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Так называемый "суперионный лед" образуется при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. Эти условия вызывают расщепление молекул воды на составляющие их ионы водорода и кислорода. Затем ионы кислорода организуются в кубическую сеть, вокруг которой свободно перемещаются ионы водорода. Это придает льду относительно высокую электропроводность и низкую плотность, а также темный цвет. Теория о такой фазе воды существовала десятилетиями, но только в 2019 году ученым впервые удалось получить суперионный лед в лаборатории.
Однако в то время результаты эксперимента длились лишь доли секунды. Недавно исследователям из Чикагского университета и Института Карнеги в Вашингтоне удалось сделать суперионный лед достаточно стабильным для более детального изучения.
В этой работе исследователи вдавили образец воды в ячейку алмазной наковальни в Аргоннской национальной лаборатории, а затем нагрели е с помощью лазеров. Наконец, мощный рентгеновский лазер (Advanced Photon Source или APS) был использован для получения изображения расположения атомов в образце, чтобы определить различные типы фаз, через которые прошел образец.
В конце эксперимента исследователи получили суперионный лед. Этот лед начал бы появляться при температуре от 627 °C до 1 627 °C и давлении 20 ГПа. Любопытно, что исследователи считали, что эта фаза появляется только при гораздо более высоких давлениях. Экспериментальная установка, производящая стабильный суперионный лед.
Тем не менее команда смогла очень точно отобразить свойства этого нового льда, который представляет собой новую фазу материи, используя несколько мощных инструментов. Однако для полного изучения этого суперионного состояния еще предстоит проделать большую работу. Такие свойства, как его проводимость, вязкость и стабильность, до сих пор остаются загадкой. Исследователям также интересно узнать, как этот лед может повести себя при смешивании с солями или другими минералами.
В конечном итоге все эти знания могут помочь ученым понять, как формируются и эволюционируют некоторые ледяные гиганты, такие как Уран и Нептун. Эти "суперионные ледяные мантии" могут даже генерировать свои магнитные поля.