Asiantuntijat sanovat löytö superionic ice osoittaa tietokone-ennusteita, jotka voivat auttaa materiaalin fyysikot veneet tulevaisuuden aineita, joilla on räätälöityjä ominaisuuksia. Ja löytää jään vaaditaan ultranopeat mittaukset ja hieno ohjaus lämpötila ja paine, etenee kokeellisia tekniikoita. ”Kaikki tämä ei olisi ollut mahdollista, sanovat, viisi vuotta sitten,” sanoi Christoph Salzmann, University College London, joka löysi ices-XIII, XIV ja XV. ”Se on valtava vaikutus, varmasti.,”
Riippuen joille sinä kysyä, superionic jää on joko toinen lisäksi vesi on jo sekainen joukko avatareja tai jotain vielä oudompaa. Koska sen veden molekyylit hajoavat, sanoi fyysikko Livia Bove Ranskan National Center for Scientific Research ja Pierre ja Marie Curie Yliopistossa, se ei ole aivan uusi vaihe vettä. ”Se on todella Uusi Materian tila”, hän sanoi, ” Mikä on aika näyttävää.,”
Palapelit Laittaa jäihin
Fyysikot ovat olleet sen jälkeen superionic ice vuosia — siitä lähtien, kun alkeellinen tietokone simulointi johti Pierfranco Demontis vuonna 1988 ennusti vesi olisi ottaa tämä outo, lähes metalli-kuin muoto, jos olet työnsi sen pidemmälle kartta tunnetun ice vaiheissa.
äärimmäisessä paineessa ja kuumuudessa simulaatiot ehdottivat vesimolekyylien hajoamista. Kanssa happiatomia lukittu cubic lattice, ”vetyä nyt alkaa hypätä yhdestä paikasta crystal toiseen, ja hypätä uudestaan, ja hypätä uudestaan”, sanoi Millot., Hyppää välillä ristikko sivustoja on niin nopeaa, että vety-atomeja, jotka ovat ionisoitua, mikä tekee niistä lähinnä positiivisesti varautuneita protoneja — näyttävät liikkuvan kuin neste.
Tämä ehdotti superionic jäätä olisi sähköä, kuten metallia, vetyä pelaa tavallista rooli elektroneja. Näiden löyhien vetyatomien vellominen ympäriinsä lisäisi myös jään häiriötä eli entropiaa. Tämä entropian lisääntyminen puolestaan tekisi tästä jäästä paljon stabiilimpaa kuin muut jääkiteet, jolloin sen sulamispiste kohoaa ylöspäin.,
mutta kaikkea tätä oli helppo kuvitella ja vaikea luottaa. Ensimmäiset mallit käyttivät yksinkertaistettua fysiikkaa ja heiluttivat käsiään todellisten molekyylien kvanttiluonteen läpi. Myöhemmin simulaatiot taitettu enemmän quantum vaikutuksia, mutta silti kiertää todellinen yhtälöitä tarvitaan kuvaamaan useita kvantti elinten vuorovaikutuksessa, joka on laskennallisesti liian vaikea ratkaista. Sen sijaan, he vetosi likiarvoja, nostaa mahdollisuus, että koko skenaario voisi olla vain kangastus simulointi., Kokeet, sillä välin, ei voinut tehdä tarvittavia paineita ilman myös tuottaa tarpeeksi lämpöä sulattaa jopa tämän sitkeä aine.
Koska ongelma haudutettua, vaikka, planeettojen tutkijat kehittäneet omia salainen epäilty, että vesi saattaa olla superionic jää vaiheeseen. Juuri noin, kun vaihe oli ensimmäinen ennusti, luotain Voyager 2 oli purjehti ulompi aurinkokunnan, paljastamiseksi jotain outoa magneettikentät jään jättiläiset Uranus ja Neptunus.,
aurinkokunnan muiden planeettojen ympärillä olevat kentät näyttävät koostuvan vahvasti määritellyistä Pohjois-ja etelänapa-puolista, ilman paljon muuta rakennetta. Aivan kuin keskuksissa olisi vain baarimagneetteja, jotka ovat linjassa pyörimisakselien kanssa. Planeettojen tutkijat liitu tämä jopa ”dynamot”: sisätilojen alueilla, joissa johtavaa nestettä nousu ja pyöritä kuin planeetta pyörii, itäneet massiivinen magneettikenttiä.
sen sijaan Uranuksesta ja Neptunuksesta säteilevät magneettikentät näyttivät lumpierilta ja monimutkaisemmilta, yli kahdella napalla., Ne eivät myöskään ole yhtä lähellä planeettojensa pyörimisliikettä. Yksi tapa tuottaa tämä olisi jotenkin rajoittaa suorittaa nestettä vastuussa dynamo osaksi vain ohut ulompi kuori planeetan, sen sijaan, että se tavoittaa alas ydin.
mutta ajatus siitä, että näillä planeetoilla voisi olla kiinteitä ytimiä, jotka eivät kykene tuottamaan dynamoja, ei tuntunut realistiselta. Jos olet porattu nämä ice jättiläisiä, voit odottaa ensimmäinen kohtaaminen kerros ionic vettä, joka olisi virtaus, tehdä virtaukset ja osallistua dynamo., Naiivisti näyttää siltä, että vielä syvempi materiaali, vielä kuumemmissa lämpötiloissa, olisi myös nestettä. ”Minulla oli tapana vitsailla aina, että Uranuksen ja Neptunuksen sisätilat eivät voi olla oikeasti kiinteitä”, sanoi Sabine Stanley Johns Hopkinsin yliopistossa. ”Mutta nyt kävi ilmi, että he saattaisivat todella olla.”
Ice Blast
Nyt, vihdoin, Coppari, Millot ja niiden joukkue on tuonut palapelin palaset yhteen.
viime helmikuussa julkaistussa aiemmassa kokeessa fyysikot rakensivat epäsuoria todisteita superjäälle., He puristivat pisaran huoneenlämpöistä vettä kahden leikatun timantin suippojen päiden väliin. Kun paine nostetaan noin gigapascal, noin 10 kertaa, että alareunassa Marianas Trench, vesi oli muuttunut tetragonal crystal ice VI. Noin 2 gigapascals, se oli siirtynyt osaksi ice VII, tiheämpi, kuutio muoto läpinäkyvä paljaalla silmällä, että tutkijat äskettäin havainnut, on olemassa myös pieniä taskuja sisällä luonnon timantteja.,
Sitten, käyttäen OMEGA laser Laboratorio-Laser Energetics, Millot ja työtovereiden kohdennettuja jään VII, silti välillä timantti alasimet. Kuten laser osui pinta timantti, se höyrystyy materiaalia ylöspäin, tehokkaasti jyrkästi timantti pois vastakkaiseen suuntaan, ja lähettää shokki aalto jään läpi. Millot tiimi havaitsi, että heidän super-paineistettu jää suli noin 4,700 astetta, noin odotetusti superionic jäätä, ja että se ei johda sähköä kiitos liikkuvuus varautuneiden protonien.,
niille, ennustuksia superionic ice on irtotavarana ominaisuuksia ratkaistu, uusi tutkimus johti Coppari ja Millot otti seuraavan askeleen ja vahvistaa sen rakennetta. ”Jos todella haluaa todistaa, että jokin on kiteistä, silloin tarvitaan Röntgendiffraktiota”, Salzmann sanoi.
heidän Uusi kokeilunsa ohitti ices VI: n ja VII: n kokonaan. Sen sijaan joukkue yksinkertaisesti murskasi vettä laserpuhalluksilla timanttisalviloiden väliin., Miljardisosaa jossain toisessa myöhemmin, kuten paineaallot aallotettu läpi ja vesi alkoi kiteytyy osaksi nanometrin kokoisia jääpaloja, tutkijat käyttivät 16 enemmän lasersäde höyrystää ohut suikale rautaa seuraavaan näytteeseen. Tuloksena kuuma plasma tulvinut vesi kiteytyy X-säteet, jotka sitten taittuneen päässä jääkiteitä, jolloin joukkue erottaa niiden rakennetta.
Atomien vesi oli järjestänyt osaksi pitkä-ennustettu, mutta ei koskaan-ennen-nähnyt arkkitehtuuri, Jää XVIII: kuutio lattice kanssa happiatomia joka nurkassa ja keskellä jokaisen kasvot., ”Aikamoinen läpimurto”, Coppari sanoi.
”se, että tämän vaiheen olemassaolo ei ole kvanttimolekyylidynamiikan simulaatioiden artefakti, vaan todellinen — se on hyvin lohduttavaa”, Bove sanoi.
ja tällainen onnistunut ristiintarkistus simulaatioiden ja todellisen superjään takaa viittaa siihen, että materiaalifysiikan tutkijoiden lopullinen ”unelma” saattaa olla pian ulottuvilla., ”Kerro minulle, mitä ominaisuuksia haluat materiaali, ja menemme tietokoneen ja selvittää teoreettisesti, mitä materiaalia ja millaista crystal structure sinun pitäisi”, sanoi Raymond Jeanloz, jäsen löytö maajoukkue, University of California, Berkeley. ”Koko yhteisö on pääsemässä lähelle.”
uudet analyysit myös vihje, että vaikka superionic jäätä ei tehdä joitakin sähköä, se on pehmeä kiinteä. Se virtaisi ajan mittaan, mutta ei varsinaisesti Kirnu., Sisällä Uranus ja Neptunus, sitten nesteen kerrokset saattavat lakata noin 8000 kilometriä alas planeetalle, jossa valtava vaipan hidas, superionic jään kuin Millot tiimi tuotti alkaa. Se rajoittaisi suurimman osan Dynamon toiminnasta matalampiin syvyyksiin, mikä selittäisi planeettojen epätavalliset kentät.
Muut planeetat ja kuut aurinkokunnan todennäköisesti ei isäntä oikea sisustus makea paikkoja lämpötila ja paine, jotta superionic jäätä. Mutta monet jääjättiläisen kokoiset eksoplaneetat saattavat, mikä viittaa siihen, että aine voisi olla yleinen jäisissä maailmoissa koko galaksissa.,
tietenkään mikään oikea planeetta ei kuitenkaan sisällä pelkkää vettä. Aurinkokuntamme jääjätit sekoittuvat myös kemiallisiin lajeihin, kuten metaaniin ja ammoniakkiin. Se, missä määrin luonnossa esiintyy superionista käyttäytymistä, ”riippuu siitä, onko näitä vaiheita vielä olemassa, kun sekoitamme vettä muihin materiaaleihin”, Stanley sanoi. Toistaiseksi ei ole selvää, vaikka muut tutkijat ovat väittäneet, superionic ammoniakki on myös olemassa.,
sen lisäksi, että laajennetaan niiden tutkimus muita materiaaleja, joukkue toivoo myös pitää kohdistuksen outoa, lähes paradoksaalinen kaksinaisuus niiden superionic kiteitä. Vain syömällä ristikko happiatomia ”on selvästi haastavin kokeilu, jonka olen koskaan tehnyt”, sanoi Millot. He eivät ole vielä nähneet aavemaista, interstitiaalista protonien virtausta ristikon läpi. ”Teknisesti Emme ole vielä siellä”, Coppari sanoi, ” mutta kenttä kasvaa hyvin nopeasti.”