Предсказаны новые фазы льда высокого давления

Предсказаны новые фазы льда высокого давления

 Текст: Дмитрий Сафин

Сотрудники кафедры химии и химической биологии Корнеллского университета (США) отыскали несколько новых фаз водного льда.

Поскольку учёных интересовало сверхвысокое давление в диапазоне от одного до пяти терапаскалей (от 10 до 50 миллионов атмосфер), работа носила чисто теоретический характер. Никакой возможности наблюдать последовательность предсказанных стабильных и метастабильных структур льда нет, хотя они вполне могли бы существовать в недрах экзопланет или внешних планет Солнечной системы, Урана и Нептуна.

Последовательность структур водного льда (иллюстрация авторов работы).

Расчётное соотношение между давлением и объёмом для некоторых новых фаз (иллюстрация авторов работы).

Проводя моделирование, американцы отметили, как уже известная структура Pbcm (здесь и далее указываются обозначения кристаллографических групп) при давлении в 930 ГПа сменяется новой фазой Pmc2₁, а затем, по достижении 1,3 ТПа, трансформируется в P2₁. Последняя фаза стабильна в широком интервале давлений, верхняя граница которого находится на уровне 4,8 ТПа.

Хотя авторы предыдущих исследований описывали относительно ранний переход в металлическое состояние, все упомянутые структуры относятся к классу изолирующих. «Металлизация» происходила лишь тогда, когда давление приближалось к 4,8 ТПа. В таких условиях, как показывают вычисления, лёд уже может превращаться в квантовую жидкость.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам Корнеллского университета.