Forskere Oppdager Ny Sekskantet Isform ved Over 2 Millioner Atmosfærers Trykk

Bilde: Illustrative image · Ms2895 · CC BY-SA 4.0 · Kilde

Forskere har eksperimentelt observert en sekskantet tettpakket (HCP) fase av is som dominerer ved trykk over 200 GPa og temperaturer over 1800 K, og utfordrer tidligere antakelser om kun kubisk is XVIII i dette området.

Et internasjonalt team av fysikere har for første gang eksperimentelt identifisert en sekskantet tettpakket (HCP) fase av is, som blir den dominerende formen ved trykk som overstiger 200 gigapascal (omtrent 2 millioner atmosfærer) og temperaturer over 1800 kelvin. Før denne oppdagelsen ble kun den kubiske, flatesentrerte (FCC) oksygenlag-pakkingen – kjent som is XVIII – observert under disse ekstreme forholdene.

For å simulere det høytrykk- og høytemperaturmiljøet brukte forskerne en diamantbelteanordning for å komprimere en vannprøve i et ekstremt lite volum samtidig som de varmet den med lasere. Isstrukturen ble analysert ved hjelp av synkrotron røntgendiffraksjonsteknikker. HCP-fasen ble funnet å dominere over 200 GPa og nær 2000 K. I mellomliggende trykkområder ble en sameksistens av HCP- og FCC-krystallstrukturer påvist.

Vann er unikt i sin evne til å danne flere faste faser som kjennetegnes av forskjellige atomarrangementer i krystallgitteret. HCP- og FCC-fasene er variasjoner av tett atompakking med ulike stablingssekvenser – ABAB for sekskantet og ABCABC for kubisk – i stedet for typiske iskristaller. Dette indikerer ulike fysiske tilstander av vann under så ekstreme trykk og temperaturer.

Avsløringen av HCP-is er betydningsfull for planetforskning, spesielt for å forbedre modeller av innsiden til isgiganter som Uranus og Neptun. Direkte undersøkelse av disse planetenes indre lag er ikke mulig, så forskere er avhengige av eksperimentelle data og fysisk modellering. De nye funnene antyder at oksygenatomlag kan stables i sekskantede sekvenser dypt inni, noe som potensielt kan endre mekaniske og elektriske egenskaper sammenlignet med kubisk is.

Disse strukturelle forskjellene kan påvirke forståelsen av manteloppbygging og de uvanlige, ikke-dipolare magnetfeltene observert i disse planetene. Forskerne bemerker at teoretiske undersøkelser av plastisitet og elektrisk ledningsevne i hcp-is nå er nødvendig, sammen med ytterligere eksperimenter for å nøyaktig definere stabilitetsområdene for både HCP- og FCC-faser av is under slike ekstreme planetariske forhold.