Наблюдение гексагонального плотноупакованного водяного льда в условиях, характерных для недр ледяных гигантов
Глубоко внутри таких планет, как Нептун и Уран, лёд не похож на замороженные кубики, которые вы кладёте в холодный напиток. Из-за огромной температуры и давления он переходит в странное состояние суперионного лёд, где атомы кислорода образуют твёрдую сетку, в то время как ядра водорода свободно перемещаются сквозь неё (как в жидкости), позволяя проводить электричество. Учёные попытались выяснить какие формы горячего проводящего льда образуются при таких процессах. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Рис. Диаграмма давление-температура, показывающая термодинамические условия наших измерений в экспериментах 1 и 2 (кружки и треугольники соответственно). Источник: Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/sdrk-3m4t
Экспериментаторы поместили крошечные образцы льда между двумя сверхтвердыми алмазами внутри устройства, называемого алмазной наковальней. Затем нагрели этот захваченный лед лазерами до температуры более 1800 Кельвинов, и подвергли его давлению, достигающему 230 гигапаскалей, что более чем в 2 миллиона раз превышает атмосферное давление Земли.
В Европейском центре исследований рентгеновская дифракция синхротронного излучения показала, что атомы кислорода образовали гексагональную структуру, известную как гексагональная плотноупакованная (ГПУ) структура. При температуре выше 200 гигапаскалей и 1800 Кельвинов эта форма стала доминирующей фазой суперионного льда, заменив гранецентрированную кубическую (ГЦК) фазу.
Значимость этого исследования заключается в том, что оно может помочь получить более ясное представление о том, что происходит глубоко внутри ледяных гигантов нашей Солнечной системы. В таких планетах, как Уран и Нептун, предполагается, что суперионный лед играет роль в генерации их необычных магнитных полей. Поскольку гексагональная форма может обладать иными электрическими и механическими свойствами, чем кубическая, это открытие может изменить подход ученых к моделированию внутренних областей этих планет.
