Горячий лед
Американские ученые из Ливермольской национальной лаборатории впервые экспериментально получили новую форму материи — суперионный лед. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Physics. Елена ГЕРАСИМОВА выяснила, почему новая разработка полезна не только для астрофизики.
Суперионный лед предсказали около 30 лет назад. Теоретические расчеты показали, что при сверхвысоком давлении и температуре в несколько тысяч градусов молекулы воды разрушаются, лед плавится и превращается в смесь ионов кислорода и водорода. Ионы кислорода образуют кристаллическую решетку, в пределах которой ядра атомов водорода и электроны свободно перемещаются подобно жидкости. Предполагается, что внутри некоторых ледяных гигантов, например Урана или Нептуна, материя находится в таком состоянии. Ранее в лабораторных условиях подобное вещество воссоздать не удавалось.
Американские физики под руководством Мариуса Миллота в ходе эксперимента использовали лед-VII. Эту кубическую модификацию льда получали при комнатной температуре при давлении в 25 гигапаскалей в ячейке с алмазными наковальнями. Потом с помощью лазера в образце создавали ударные волны, приводящие к локальному нагреву и увеличению давления. В результате получались экстремальные физические условия, подходящие для фазового превращения в суперионное состояние. Ученые измеряли характеристики материи за 10-20 наносекунд до испарения воды. Выяснилось, что для суперионного льда характерна высокая ионная проводимость за счет свободного движения ионов водорода. Однако небольшая электронная проводимость также сохраняется.
Авторы утверждают, что получение суперионного льда поможет изучить состояние воды на небесных телах. Станет возможно оценить магнитные, электронные и механические свойства ледяных оболочек планет и астероидов, что позволит корректировать сценарии космических миссий.
— Если свойства суперионного льда не сохраняются при снятии давления, то информация о новой форме материи будет полезна только для астрофизики. А если характеристики удастся сохранить, то сфера применений значительно расширится. Температура плавления суперионного льда примерно 5 000 К — больше, чем у вольфрама и тантала, самых тугоплавких материалов. Это говорит о высокой силе связи между молекулами.
Стоит учитывать, что лед прозрачен и обладает низкой плотностью, поэтому на его основе можно создавать световоды и оптоволоконные линии связи, защитные стекла, применяемые для оборонной и космической промышленности, а также использовать его как конструкционный материал для самолетов и поездов на магнитной подушке.
Юрий Заричняк, доцент кафедры теплофизики и теоретических основ тепло-хладотехники
Университета ИТМО
Еще почитать по теме
