Американские физики Ливерморской национальной лаборатории получили новую форму вещества, названную суперионным льдом. Условия, подходящие для этой фазы, существуют лишь в недрах ледяных планет-гигантов, таких как Уран или Нептун. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics.
Известно, что водный лед имеет 18 кристаллических разновидностей и несколько аморфных. Они формируются при различном давлении и температуре и различаются расположением молекул воды. Теоретически показано, что при высоком давлении в 50-100 гигапаскалей (один гигапаскаль приблизительно равен десяти тысячам атмосфер) молекулы воды разрушаются, в результате чего лед становится суперионным. Из атомов кислорода образуется кристаллическая решетка, в пределах которой свободно перемещаются ионы водорода.
До сих пор исследователи не наблюдали суперионный лед в лаборатории, хотя ряд ученых смог добиться условий, при которых должен происходить переход обычного льда в экзотическую фазу. Несмотря на то что были зарегистрированы признаки суперионной проводимости, ее значения не были достаточно высоки.
В ходе эксперимента ученые использовали кубическую модификацию, называемую льдом VII, который был зажат между двумя алмазными наковальнями при давлении 2,5 гигапаскаля и комнатной температуре. Образец подвергали кратковременному воздействию ультрафиолетового луча для создания ударной волны. При распространении фронта волны в небольшой области льда возникали экстремальные физические условия, подходящие для фазового перехода в суперионное состояние. Давление в них достигало 100-300 гигапаскалей.
Показано, что результаты оптических измерений свидетельствовали о суперионной проводимости, характерной для новой формы льда. При этом суперионный лед плавится при 190 гигапаскалях и температуре около пяти тысяч градусов Цельсия.