Суперионная вода
Суперионная вода , также называемая суперионным льдом или льдом XVIII [1] — фаза воды , существующая при экстремально высоких температурах и давлениях . В суперионной воде молекулы воды распадаются, и ионы кислорода кристаллизуются в равномерно распределенную решетку, в то время как ионы водорода свободно плавают внутри кислородной решетки. [2] Свободно подвижные ионы водорода делают суперионную воду почти такой же проводящей , как обычные металлы, что делает ее суперионным проводником . [1] Это один из 19 известных кристаллическихфазы льда . Суперионная вода отличается от ионной воды , которая представляет собой гипотетическое жидкое состояние, характеризующееся неупорядоченным супом из ионов водорода и кислорода.
Несмотря на то, что теория существовала десятилетиями, только в 1990-х годах появились первые экспериментальные доказательства существования суперионной воды. Первоначальные доказательства были получены из оптических измерений воды, нагретой лазером, в ячейке с алмазной наковальней [3] и из оптических измерений воды, пораженной чрезвычайно мощными лазерами. [4] Первые окончательные доказательства кристаллической структуры кислородной решетки в суперионной воде были получены в результате рентгеновских измерений воды, подвергнутой лазерному шоку, о которых сообщалось в 2019 году. [1]
Если бы он присутствовал на поверхности Земли , суперионный лед быстро декомпрессировался бы . В мае 2019 года ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) смогли синтезировать суперионный лед, подтвердив, что он почти в четыре раза плотнее обычного льда. [5] Предполагается, что суперионная вода присутствует в мантии планет-гигантов, таких как Уран и Нептун. [6] [7]
По состоянию на 2013 [Обновить]год предполагается, что суперионный лед может иметь две кристаллические структуры. Прогнозируется, что при давлении более 50 ГПа (7 300 000 фунтов на квадратный дюйм) суперионный лед примет объемно-центрированную кубическую структуру. Однако прогнозируется, что при давлении более 100 ГПа (15 000 000 фунтов на квадратный дюйм) структура сместится в более стабильную гранецентрированную кубическую решетку. [8]
Демонтис и др. сделал первое предсказание для суперионной воды, используя классическое моделирование молекулярной динамики в 1988 году. [9] В 1999 году Cavazzoni et al. предсказал, что такое состояние будет существовать для аммиака и воды в условиях, подобных существующим на Уране и Нептуне . [10] В 2005 году Лоуренс Фрид возглавил группу в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, чтобы воссоздать условия формирования суперионной воды. Используя технику, включающую столкновение молекул воды между алмазами и перегрев их с помощью лазеров , они наблюдали частотные сдвиги, которые указывали на фазовый переход .имело место. Команда также создала компьютерные модели, которые показали, что они действительно создали суперионную воду. [7] В 2013 году Хью Ф. Уилсон, Майкл Л. Вонг и Буркхард Милитцер из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали статью, в которой предсказывается гранецентрированная кубическая решетчатая структура, которая появится при более высоких давлениях. [8]
Дополнительные экспериментальные доказательства были обнаружены Мариусом Миллотом и его коллегами в 2018 году путем создания высокого давления на воду между алмазами, а затем удара по воде с помощью лазерного импульса. [4] [11]
