Физики экспериментально подтвердили существование гексагональной фазы суперионного льда (hcp) при экстремальных условиях — давлении 230 ГПа и температуре 2630 К. Открытие меняет представления о недрах Урана и Нептуна.
Группа исследователей под руководством физика Алексиса Форестье из французского Комиссариата по атомной энергии (CEA) добилась прорыва в изучении экзотических форм воды. В опытах с алмазными наковальнями и лазерным нагревом они впервые однозначно зафиксировали гексагонально плотноупакованную (hcp) фазу суперионного льда — состояние, предсказанное теорией, но доселе не наблюдавшееся в эксперименте.
Суперионный лёд — уникальное гибридное вещество: атомы кислорода формируют жёсткую кристаллическую решётку, как в твёрдом теле, тогда как ядра водорода (протоны) свободно мигрируют сквозь неё, проявляя свойства жидкости. Ранее известна была только кубическая гранецентрированная (fcc) структура такого льда. Новая hcp-фаза отличается иной последовательностью упаковки плотных слоёв кислорода.
Опыты проводились при давлении 230 гигапаскалей (около 2,3 млн атмосфер) и температуре до 2630 кельвинов (2357 °C) — условиях, соответствующим недрам ледяных гигантов. При нагревании выше 1700 К наблюдался переход в суперионное состояние. При давлениях выше 200 ГПа hcp-фаза становится термодинамически более устойчивой, чем fcc, и при максимальных параметрах эксперимента (219 ГПа, 2630 К) доминирует практически полностью.
Открытие имеет важное значение для планетологии. Уран и Нептун обладают аномальными, несимметричными магнитными полями, генерируемыми, вероятно, движением электрически проводящих веществ в глубинах. Если электрическая проводимость hcp-льда отличается от fcc, текущие модели магнитных полей этих планет потребуют пересмотра. Однако механические и транспортные свойства новой фазы пока практически не изучены — исследователи призывают к новым экспериментам для точного определения границ устойчивости hcp-структуры.
