Учёные синтезировали новую форму льда при давлении свыше 2 млн атмосфер

Команда исследователей из разных стран впервые в лабораторных условиях зафиксировала гексагональную плотноупакованную модификацию льда, получившую обозначение HCP. Данная структура доминирует в условиях колоссального давления, превышающего 200 гигапаскалей (что эквивалентно примерно двум миллионам атмосфер), и нагреве свыше 1800 кельвинов. Ранее в аналогичных экстремальных режимах удавалось фиксировать исключительно кубическую гранецентрированную решётку (FCC), известную как лёд XVIII.

Для моделирования столь суровых условий исследователи применили алмазные наковальни — специализированные установки, способные генерировать критическое давление в микроскопических объемах. Пробу подвергали лазерному подогреву, а для анализа кристаллической решётки задействовали метод рентгеновской дифракции на синхротронном излучении. Фаза HCP становилась доминирующей при показателях свыше 200 ГПа и температурных значениях порядка 2000 К. В переходной зоне фиксировалось сосуществование обеих модификаций — гексагональной и кубической.

Вода способна формировать широкий спектр твёрдых состояний, различающихся пространственной ориентацией атомов. Варианты HCP и FCC выступают в роли альтернативных типов плотной упаковки. Следовательно, речь идет не о привычном бытовом льду, а об уникальных фазах вещества, рождающихся на стыке сверхвысоких давлений и температур.

Полученные сведения доказывают, что атомы кислорода способны формировать не только кубическую последовательность слоев типа ABCABC, но и чередование ABAB, образуя гексагональный каркас.

Данный прорыв критически важен для астрофизических исследований ледяных миров-гигантов — Нептуна и Урана. Поскольку прямое изучение их недр невозможно, исследователи опираются на сочетание астрономических наблюдений и лабораторных экспериментов. Свежие данные дают возможность с высокой точностью прогнозировать поведение воды в недрах этих планет, где аномалии магнитных полей напрямую связаны со свойствами сверхионного льда в мантиях. Если на колоссальных глубинах преобладает не кубическая, а гексагональная решётка с уникальными механическими и электрофизическими характеристиками, то процессы конвекции, слоистость мантии и генерация магнитных полей могут кардинально отличаться от текущих теоретических представлений. Впереди у физиков-теоретиков масштабные расчеты электропроводности и пластичности hcp-модификации, а у экспериментаторов — детальное картирование границ стабильности обеих фаз.

Источник: iXBT