Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила существование редкой формы суперионного льда с гексагональной плотной упаковкой (hcp). Исследователям удалось получить ее при температуре свыше 2300 °C и давлении около 2,3 млн атмосфер.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Открытие может помочь лучше понять процессы, происходящие глубоко внутри Урана и Нептуна.
При обычных условиях вода при сильном нагревании превращается в пар. Но под огромным давлением этот процесс блокируется. Молекулы воды не могут разойтись, и вещество переходит в необычное суперионное состояние, которое сочетает свойства твердого тела и жидкости.
В таком льду атомы кислорода образуют жесткую кристаллическую решетку, а протоны водорода свободно перемещаются внутри нее. Ранее ученые в основном наблюдали кубическую фазу такого льда, тогда как теория предполагала существование и других структур.
Для эксперимента микроскопические капли воды поместили между алмазными наковальнями и сжали до 230 гигапаскалей, одновременно нагревая инфракрасными лазерами. С помощью синхротронного рентгеновского излучения исследователи наблюдали за изменением кристаллической структуры.
При давлении выше 197 гигапаскалей и температуре около 2000 °C ученые зафиксировали переход в hcp-фазу. При давлениях свыше 200 гигапаскалей именно эта гексагональная структура становится наиболее стабильной.
Суперионный лед считается одним из основных компонентов недр Урана и Нептуна. Свободно движущиеся протоны обеспечивают ему высокую электропроводность, которая может влиять на формирование магнитных полей планет. Новые данные позволяют уточнить существующие представления о движении вещества и электрических токах в их мантиях.
