Científicos Descubren Nueva Forma Hexagonal del Hielo a Más de 2 Millones de Atmósferas de Presión

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Investigadores han observado experimentalmente una fase de hielo empaquetado hexagonal compacto (HCP) que predomina a presiones superiores a 200 GPa y temperaturas por encima de 1800 K, desafiando las suposiciones previas de solo hielo cúbico XVIII en este rango.

Un equipo internacional de físicos ha identificado experimentalmente por primera vez una fase de hielo empaquetado hexagonal compacto (HCP), que se convierte en la forma predominante a presiones que superan los 200 gigapascales (aproximadamente 2 millones de atmósferas) y temperaturas mayores a 1800 kelvins. Antes de este descubrimiento, solo se observaba el empaquetamiento de capas de oxígeno cúbico centrado en la cara (FCC), conocido como hielo XVIII, bajo estas condiciones extremas.

Para simular el ambiente de alta presión y alta temperatura, los investigadores emplearon una célula de yunque de diamante para comprimir una muestra de agua en un volumen extremadamente pequeño mientras la calentaban con láseres. La estructura del hielo fue analizada mediante técnicas de difracción de rayos X en sincrotrón. Se encontró que la fase HCP domina por encima de 200 GPa y cerca de 2000 K. En rangos de presión intermedios, se detectó la coexistencia de estructuras cristalinas HCP y FCC.

El agua es única en su capacidad de formar múltiples fases sólidas distinguidas por diferentes arreglos atómicos en sus redes cristalinas. Las fases HCP y FCC son variaciones de empaquetamiento atómico denso con secuencias de apilamiento diferentes —ABAB para hexagonal y ABCABC para cúbico— en lugar de cristales de hielo típicos. Esto indica diferentes estados físicos del agua bajo presiones y temperaturas tan extremas.

La revelación del hielo HCP es significativa para la ciencia planetaria, particularmente para afinar modelos de los interiores de planetas gigantes de hielo como Urano y Neptuno. La exploración directa de las capas internas de estos planetas no es factible, por lo que los investigadores dependen de datos experimentales y modelado físico. Los nuevos hallazgos sugieren que las capas atómicas de oxígeno pueden apilarse en secuencias hexagonales profundamente en el interior, lo que podría alterar las propiedades mecánicas y eléctricas en comparación con el hielo cúbico.

Estas diferencias estructurales podrían influir en la comprensión de la estratificación del manto y los inusuales campos magnéticos no dipolares observados en estos planetas. Los investigadores señalan que ahora son necesarias investigaciones teóricas sobre la plasticidad y conductividad eléctrica del hielo HCP, además de esfuerzos experimentales adicionales para definir con precisión los rangos de estabilidad de ambas fases HCP y FCC bajo tales condiciones extremas planetarias.