Уникальная находка: ученые создали новый вид льда, твердый при комнатной температуре

Ученые сжали воду между двумя алмазами, создав совершенно новую форму льда, которая остается твердой при комнатной температуре. Этот лед, названный льдом XXI, образуется при экстремальном давлении, что приводит к метастабильному состоянию — хрупкому состоянию, которое становится физически нестабильным при малейшем воздействии.

Исследователи создали лед XXI, подвергнув воду суперсжатию между двумя алмазами и исследовав образец с помощью крупнейшего рентгеновского лазера в мире — Европейского лазера свободных электронов (XFEL). Команда обнаружила, что суперсжатая вода структурно меняется из состояния высокой плотности в состояние очень высокой плотности.

Это открытие может иметь серьезные последствия для исследования космоса, открывая новые возможности формирования льда на внеземных объектах, согласно исследованию, опубликованному 10 октября в журнале Nature Materials. «Наши результаты предполагают, что существует большее количество фазы метастабильного льда при высокой температуре и связанных с ними переходных путей, что может предложить новые идеи о составе ледяных лун,» — сказала соавтор исследования Рэйчел Хазбанд, постдокторский исследователь в Немецком синхротронном центре.

Лед XXI — это 21-й известный ледяной фазовый вариант. Другие варианты включают четырехугольные кристаллы льда XIX и звездообразный суперионический лед. Благодаря своей молекулярной структуре вода может существовать в различных твердых формах, а два атома водорода замерзают в разные кристаллические и аморфные структуры.

В новом исследовании ученые изучили пути перехода льда при комнатной температуре, которая составляет около 22 градусов Цельсия. Команда использовала «бриллиантовую пружину» — устройство, использующее экстремальную твердость алмазов для создания огромного давления. В данном случае вода подвергалась давлению около 20,000 атмосфер, заставляя молекулы H2O сближаться до такой степени, что они образовывали твердую структуру.

Так, с уникальными рентгеновскими импульсами Европейского XFEL, исследователи подошли к раскрытию множественных путей кристаллизации H2O, которое было быстро сжато и разжато более тысячи раз с использованием динамической алмазной пружины.

Исследование ледяной метастабильности в сочетании с новыми технологиями открывает широкий спектр возможностей для дальнейших исследований и понимания водного компонента на других планетах. Потенциальные применения этого открытия в будущем могут оказать влияние на астрофизику, планетологию и других областях науки.