«Суперионный лед – это промежуточное состояние вещества, что мы не можем действительно коснуться ничего, о чем мы знаем – вот почему это интересно», Сальваторе Торкуато, профессор Химии, который совместно привел работу с Роберто Каром, Ральфом В. ’31 профессор Dornte в Химии. В отличие от водного или обычного льда, в суперионном льду молекулы воды отделяют в заряженные атомы, названные ионами с кислородными ионами, запертыми в твердой решетке, в то время как водородные ионы перемещаются как молекулы в жидкость.Изданный 28 августа по своей природе Коммуникации, исследование показало совершенно новый тип суперионного льда, который они называют P21/c-SI фаза, которая происходит при давлениях еще выше, чем в интерьере гигантских ледяных планет нашей солнечной системы.
Две других фазы суперионного льда, который, как думают, существовал на планетах, являются сосредоточенным кубическим суперионным льдом тела (СИ рассылки первых экземпляров) и, упакованный завершением суперионный лед (СИ CP).У каждой фазы есть уникальное расположение кислородных ионов, которое дает начало отличным свойствам.
Например, каждая из фаз позволяет водородным ионам течь характерным способом. Воздействия этой ионной проводимости могли наблюдаться планетарными учеными в поисках суперионного льда. «Эти уникальные свойства могли по существу использоваться в качестве подписей суперионного льда», сказал Торкуато, «поэтому теперь, когда Вы знаете, что искать, у Вас есть лучший шанс нахождения его».
В отличие от Земли, у которой есть два магнитных полюса (север и юг), у ледяных гигантов может быть много местных магнитных полюсов, которые предлагают ведущие теории, может произойти из-за суперионного льда и ионной воды в мантии этих планет. В ионной воде и кислород и водородные ионы показывают подобное жидкости поведение. Ученые предложили, чтобы тепло, выделяющееся внешний от ядра планеты, могло пройти через внутренний слой суперионного льда, и посредством конвекции, создать вихри на внешнем слое ионной воды, которые дают начало местным магнитным полям.При помощи теоретических моделирований исследователи смогли смоделировать государства суперионного льда, который будет трудно изучить экспериментально.
Они моделировали давления, которые были вне максимально возможных давлений, достижимых в лаборатории с инструментами, названными алмазными клетками наковальни. Экстремальное давление может быть достигнуто посредством экспериментов ударной взрывной волны, но они полагаются на создание взрыва и трудные интерпретировать, объяснил профессор Кэр.Исследователи вычислили ионную проводимость каждой фазы суперионного льда и нашли необычное поведение при переходе, где низкий температурный кристалл, в котором и кислород и водородные ионы заперты вместе, преобразовывает в суперионный лед. В известных суперионных материалах обычно проводимость может измениться или резко (тип I) или постепенно (тип II), но тип изменения будет характерен для материала.
Однако суперионные ледяные разрывы из соглашения, поскольку проводимость изменяется резко с температурой через кристалл к упакованному завершением суперионному переходу и непрерывно в кристалле к P21/c-SI переходу.Как основополагающее исследование, исследовательская группа исследовала суперионный лед, рассматривающий ионы, как будто они были классическими частицами, но в будущих исследованиях они планируют принять квантовые эффекты во внимание далее понять свойства материала.
Эта работа была поддержана Национальным научным фондом (DMS-1065894) и американским Министерством энергетики (DE-SC0008626 и DE-SC0005180).