Учёные получили новую форму льда при давлении свыше 2 млн атмосфер
iXBT.com ·
Международная группа физиков впервые экспериментально обнаружила гексагональную плотноупакованную фазу льда — HCP. Она становится преобладающей при давлениях свыше 200 гигапаскалей (около 2 миллионов атмосфер) и температурах выше 1800 кельвинов. До сих пор в этом диапазоне экспериментально наблюдали только кубическую гранецентрированную (FCC) упаковку кислородных слоёв, известную как лёд XVIII.
Международная группа физиков впервые экспериментально обнаружила гексагональную плотноупакованную фазу льда — HCP. Она становится преобладающей при давлениях свыше 200 гигапаскалей (около 2 миллионов атмосфер) и температурах выше 1800 кельвинов. До сих пор в этом диапазоне экспериментально наблюдали только кубическую гранецентрированную (FCC) упаковку кислородных слоёв, известную как лёд XVIII.
Чтобы воспроизвести экстремальные условия, учёные поместили образец воды в алмазную наковальню — устройство, которое позволяет создавать огромное давление в крошечном объёме. Образец дополнительно нагревали лазером, а его структуру изучали с помощью рентгеновской дифракции на синхротроне. HCP-фаза становилась преобладающей при давлении выше 200 гигапаскалей и температуре около 2000 К. При промежуточных давлениях наблюдалась смесь двух структур — HCP и FCC, или гранецентрированной кубической.
Вода способна образовывать множество твёрдых фаз, отличающихся расположением атомов в кристаллической решётке. HCP и FCC представляют собой варианты плотной упаковки тех же атомов. Поэтому речь идёт не о разновидностях обычных ледяных кристаллов, а о разных состояниях вещества, возникающих при экстремальных давлениях и температурах.
Новые данные показывают, что слои кислорода способны укладываться не только в последовательности ABCABC (кубическая решётка), но и в порядке ABAB, давая гексагональную структуру.
Открытие важно для изучения ледяных гигантов — Урана и Нептуна. Их внутреннее строение нельзя исследовать напрямую, поэтому учёные сопоставляют наблюдения за планетами с экспериментами и физическими моделями. Новые данные позволяют точнее описывать поведение воды при давлениях, характерных для экстремальных условий планет: их магнитные поля не являются простыми дипольными, и объяснение этому строится на свойствах сверхионного льда в мантиях планет. Если на больших глубинах доминирует не кубическая, а гексагональная фаза с иными механическими и электрическими параметрами, то стратификация мантии и динамика магнитного поля могут быть устроены иначе, чем предполагалось. Теперь, по словам авторов, теоретикам предстоит рассчитать пластичность и электропроводность hcp‑льда, а экспериментаторам — уточнить точные границы стабильности обеих фаз.