Ученые создали новую форму льда: он твердый при комнатной температуре
Ученые создали новую форму льда: он твердый при комнатной температуре

Ученые создали новую форму льда: он твердый при комнатной температуре

Ученые создали новую форму льда: он твердый при комнатной температуре

Ученые сжали воду между двумя алмазами под сверхвысоким давлением.

Международная команда ученых впервые создала совершенно новую форму льда, который остается твердым при комнатной температуре. Новую фазу, получившую название лед XXI, исследователи получили путем сверхсжатия воды между двумя алмазами, сообщает LiveScience.

Лед XXI формируется, когда молекулы воды подвергаются экстремальному давлению — примерно в 20 000 раз выше, чем обычное атмосферное. При этих условиях вода переходит в метастабильное состояние — промежуточное, ненадежное состояние, которое может стать нестабильным от малейшего нарушения. Во время эксперимента, результаты которого опубликованы в журнале Nature Materials, исследователи наблюдали, как структура воды меняется из состояния высокой плотности на очень высокую плотность.

Для обнаружения новой фазы льда ученые использовали Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European x-ray free electron laser, XFEL) — самый мощный в мире рентгеновский лазер. Прибор позволил отслеживать структурные изменения в образце в режиме реального времени — каждую одну миллионную секунды.

"Благодаря уникальным рентгеновским импульсам XFEL мы зафиксировали многочисленные пути кристаллизации воды, которую более тысячи раз сжимали и разжимали в динамической алмазной ячейке", — объяснил соавтор исследования Кин Ву Ли, исследователь Корейского института стандартов и науки (KRISS).

Открытие стало возможным благодаря применению алмазной ячейки с наковальней — устройства, позволяющего создавать экстремальные давления с помощью сверхтвердых алмазов. При таких условиях молекулы H₂O сближаются настолько, что образуют плотную твердую структуру — новую форму кристаллического льда.

"Наши результаты свидетельствуют, что может существовать больше высокотемпературных метастабильных фаз льда, чем считалось ранее. Это открывает новые возможности для понимания состава ледяных спутников и планет", — отметила соавтор исследования Рейчел Хазбенд из Немецкого исследовательского центра электронных синхротронов.

Лед XXI стал 21-й известной фазой льда, присоединившись к уже открытым формам, таким как тетрагональный лед XIX и суперионный "звездно-горячий" лед, обнаруженный в лабораторных условиях ранее. Вода является уникальным веществом, способным существовать в десятках различных твердых состояний — от кристаллических до аморфных — благодаря специфической структуре своих молекул, где атомы водорода могут замерзать в различных конфигурациях.

Предыдущие эксперименты изучали формирование льда при низких температурах, когда молекулы воды движутся медленнее. Зато новое исследование показало, что даже при комнатной температуре, около 22°C, вода может переходить в твердую форму под сверхвысоким давлением. Это может помочь объяснить, как образуются необычные кристаллические структуры воды в условиях экстремального давления на далеких планетах и лунах Солнечной системы.

Недавно астрономы впервые подтвердили обнаружение тяжелой воды — H₂O с тяжелым изотопом дейтерия — в протопланетном диске вокруг молодой звезды V883 Ориона, используя телескоп ALMA. Измеренное соотношение тяжелой воды к обычной совпадает с показателями воды, старше Солнечной системы, что является первым прямым доказательством того, что вода может пережить процесс формирования звезд и планет.

Источник материала
loader
loader