Mokslininkai atrado naują šešiakampės ledo formą esant daugiau nei 2 milijonų atmosferų slėgiui

Vaizdas: Illustrative image · Ms2895 · CC BY-SA 4.0 · Šaltinis

Tyrėjai eksperimentiniu būdu pastebėjo šešiakampę tankiai sukrautą (HCP) ledo fazę, kuri dominuoja slėgiuose virš 200 GPa ir temperatūrose virš 1800 K, kas prieštarauja ankstesnėms prielaidoms, jog šiame intervale egzistuoja tik kubinė ledo XVIII fazė.

Tarptautinė fizikų komanda pirmą kartą eksperimentiniu būdu identifikavo šešiakampę tankiai sukrautą (HCP) ledo fazę, kuri tampa dominuojančia forma esant slėgiams virš 200 gigapaskalių (maždaug 2 milijonams atmosferų) ir temperatūroms, viršijančioms 1800 kelvinų. Iki šio atradimo buvo stebima tik kubinė veido centrinė (FCC) deguonies sluoksnių kompozicija, vadinama ledu XVIII, tokiomis ekstremaliomis sąlygomis.

Norėdami simuliuoti aukšto slėgio ir aukštos temperatūros aplinką, mokslininkai naudojo deimantinę spaustuvę, kad suspaustų vandens mėginį itin mažame tūryje, kartu kaitindami jį lazeriais. Ledo struktūra buvo analizuojama naudojant sinchrotrono rentgeno difrakcijos metodus. HCP fazė dominavo virš 200 GPa ir apie 2000 K. Vidutinio slėgio diapazonuose buvo nustatytas HCP ir FCC kristalinės struktūros išgyvenimas.

Vanduo yra unikalus tuo, kad gali sudaryti kelias kietąsias fazes, kurias skiria skirtingi atomų išsidėstymo kristalinėje gardelėje būdai. HCP ir FCC fazės yra tankios atomų kompozicijos variantai su skirtingomis elementų sandėliavimo sekvencijomis—ABAB šešiakampiui ir ABCABC kubiniam—o ne tradiciniai ledo kristalai. Tai reiškia skirtingas vandens fizines būsenas tokiomis ekstremaliomis slėgio ir temperatūros sąlygomis.

Šis HCP ledo atradimas yra reikšmingas planetologijai, ypač tikslinant ledinių gigantų, kaip Urano ir Neptūno, vidinės struktūros modelius. Kadangi galimas tiesioginis šių planetų vidinių sluoksnių ištyrimas nėra įmanomas, tyrėjai remiasi eksperimentiniais duomenimis ir fizikiniais modeliais. Nauji rezultatai rodo, kad deguonies atomų sluoksniai giliai viduje gali būti išdėstyti šešiakampės sekos būdu, kas gali pakeisti mechanines ir elektrines savybes, palyginus su kubiniu ledu.

Šie struktūriniai skirtumai gali daryti įtaką mantijos sluoksnių sluoksniavimui ir neįprastiems, ne dipoliniams magnetiniams laukams šiose planetose. Tyrėjai atkreipia dėmesį, kad dabar reikia teorinių tyrimų, skirtų hcp ledo plastikai ir elektriniam laidumui, kartu su tolesniais eksperimentais, siekiant tiksliai apibrėžti tiek HCP, tiek FCC ledo fazių stabilumo ribas tokiomis ekstremaliomis planetinėmis sąlygomis.