Forskare Upptäcker Ny Hexagonal Isform vid Över 2 Miljoner Atmosfärers Tryck

Bild: Illustrative image · Ms2895 · CC BY-SA 4.0 · Källa

Forskare har experimentellt observerat en hexagonal tätpackad (HCP) fas av is som dominerar vid tryck över 200 GPa och temperaturer över 1800 K, vilket utmanar tidigare antaganden om endast kubisk is XVIII i detta intervall.

Ett internationellt team av fysiker har för första gången experimentellt identifierat en hexagonal tätpackad (HCP) fas av is, som blir den dominerande formen vid tryck som överstiger 200 gigapascal (ungefär 2 miljoner atmosfärer) och temperaturer över 1800 kelvin. Före denna upptäckt observerades endast den kubiska, ansiktscentrerade (FCC) syralagerpackningen – känd som is XVIII – under dessa extrema förhållanden.

För att efterlikna den höga tryck- och högtemperaturmiljön använde forskarna en diamantstädscell för att komprimera ett vattenprov inom en extremt liten volym samtidigt som de värmde med laser. Isstrukturen analyserades med synkrotronröntgendiffraktionstekniker. HCP-fasen visade sig dominera vid tryck över 200 GPa och nära 2000 K. I mellanliggande tryckintervall upptäcktes en samexistens av HCP- och FCC-kristallstrukturer.

Vatten är unikt i sin förmåga att bilda flera solida faser som skiljer sig åt genom olika atomarrangemang i sina kristallgitter. HCP- och FCC-faserna är variationer av tät atompackning med olika staplingssekvenser – ABAB för hexagonal och ABCABC för kubisk – snarare än typiska iskristaller. Detta indikerar olika fysikaliska tillstånd för vatten vid så extrema tryck och temperaturer.

Upptäckten av HCP-is är betydelsefull för planetvetenskap, särskilt för att förfina modeller av inre delar hos isjätteplaneter som Uranus och Neptunus. Direkt undersökning av dessa planeters inre lager är inte möjlig, så forskare förlitar sig på experimentella data och fysikaliska modeller. De nya fynden antyder att syralagren kan staplas i hexagonala sekvenser djupt inuti, vilket potentiellt kan förändra de mekaniska och elektriska egenskaperna jämfört med kubisk is.

Dessa strukturella skillnader kan påverka förståelsen av mantellagring och de ovanliga, icke-dipolära magnetfält som observerats i dessa planeter. Forskarlaget noterar att teoretiska studier av plastisk deformation och elektrisk ledningsförmåga i hcp-is nu är nödvändiga, tillsammans med ytterligare experiment för att exakt definiera stabilitetsintervallen för både HCP- och FCC-faser av is under sådana extrema planetära förhållanden.