Группа американских физиков во главе с профессором Чикагского университета Виталием Пракапенка (Vitali Prakapenka) впервые получила в лабораторных условиях суперионный лёд — состояние воды, при котором из ионов кислорода образуется жёсткая кристаллическая решётка, а ионы водорода по ней свободно перемещаются. Информация об этом была недавно опубликована в тематическом журнале Nature Physics.
Ранее учёным лишь однажды удавалось получить суперионный лёд (т.н. Лёд XVIII) в лабораторных условиях. Это было сделано в ходе динамического эксперимента, в рамках которого зажатая в алмазных тисках капля воды подвергалась воздействию ударной волны, образованной с помощью лазера. В результате образовался суперионный лёд, который существовал всего несколько мгновений.
В новом эксперименте учёные выбрали другой подход. Они задействовали алмазные тиски для воспроизведения давления высокой интенсивности, сопоставимого с тем, что может наблюдаться в ядрах планет. Затем они применили синхротрон Advanced Photon Source для генерации ярких пучков рентгеновского излучения — это нужно для нагрева капли воды до экстремальных температур. В ходе эксперимента также было установлено, что для образования суперионного льда не требуется давление в 50 ГПа, как считалось ранее. Получить образец необычного материала удалось при давлении в 20 ГПа.
«Представьте себе куб, решётка которого содержит ионы кислорода по углам и ионы водорода меду ними. Когда он переходит в новую суперионную фазу, решётка расширяется, позволяя ионам водорода перемещаться, в то время как ионы кислорода остаются на своих местах. Это похоже на твёрдую кислородную решётку, расположенную в океане плавающих атомов водорода», — прокомментировал эксперимент один из учёных.
Отмечается, что суперионный лёд существует не только на далёких планетах, но и на Земле. По мнению учёных он играет определённую роль в поддержании магнитного поля нашей планеты, защищающего поверхность Земли от космической радиации. У планет вроде Марса или Меркурия нет магнитного поля, из-за чего они подвержены агрессивному воздействию космической радиации и других факторов. Учёные считают, что изучение суперионного льда может сыграть важную роль в поиске планет, на которых может существовать жизнь.
