Вчені створили нову фазу льоду, яка може утворюватися при кімнатній температурі.
Як детально описано в новій статті, опублікованій в журналі Nature Materials, формування нової фази, яку назвали XXI, вимагає надзвичайного рівня тиску. Як випливає з назви, це двадцять перша форма льоду, яку було відкрито, яка поєднує багато інших структур — від гексагональних і кубічних до суперіонних — які можна знайти на поверхні газових і крижаних гігантів, таких як Нептун або Уран.
Це відкриття показує, скільки насправді існує твердих фаз води — і скільки ще потрібно дізнатися про цю надзвичайно поширену речовину. Дослідження може навіть допомогти пояснити, як виникли позаземні форми льоду, виявлені на далеких супутниках.
Це дослідження є результатом співпраці між дослідником Корейського науково-дослідного інституту стандартів і науки (KRISS) Геун Ву Лі та вченими з проєкту Європейського рентгенівського лазера з вільними електронами (XFEL), найбільшого у світі рентгенівського лазера, і Німецького науково-синхротронного наукового центру (DESY).
Лід XXI утворюється, коли вода швидко стискається до незвичних рівнів за кімнатної температури. Він стабільний лише за дуже певних умов.
Згідно з описом дослідження, це серйозний виняток із групи з майже двох десятків відомих нам форм льоду, оскільки більшість із них утворюються при високих або низьких температурах.
"Швидке стиснення води дозволяє їй залишатися рідкою аж до вищого тиску, де вона кристалізувалась у лід VI", — пояснив Лі, маючи на увазі фазу, яка, як вважають, знаходиться всередині крижаних супутників Титана та Ганімеда.
Іншими словами, XXI є однією з можливих проміжних стадій між водою та екзотичною фазою льоду, яку можна знайти на далеких крижаних місяцях.
Використовуючи комірку з алмазним ковадлом, пристрій високого тиску, який використовується в матеріалознавстві для відтворення тиску, який існує глибоко всередині планет, команда спостерігала, що відбувається, коли тиск води досягає двох гігапаскалів, що приблизно у 20 000 разів перевищує тиск атмосферного повітря.
Потім вони знизили тиск на одну секунду, щоб побачити, як реагують кристалічні структури, а потім повторили процес сотні разів.
Хоча молекули води мають кімнатну температуру, вони згруповуються разом, утворюючи лід, хоча й у значно щільнішій структурі.
Потім команда використовувала XFEL, щоб знімати зображення зразка кожну мікросекунду, що еквівалентно фільмуванню високошвидкісною камерою, щоб спостерігати за формою структури льоду.
"Завдяки унікальним рентгенівським імпульсам європейського XFEL ми виявили численні шляхи кристалізації в H2O, який швидко стискався та розтискався понад 1000 разів за допомогою динамічної комірки з алмазним ковадлом", — пояснив Лі.
"Наші результати свідчать про те, що може існувати більша кількість високотемпературних метастабільних крижаних фаз і пов'язаних з ними шляхів переходу, що потенційно дає змогу по-новому зрозуміти склад крижаних супутників", — додала співавтор і дослідник DESY Рейчел Хасбенд.
