Szakértők szerint a felfedezés superionic jég igazol a számítógépes előrejelzések, amelyek segíthetik az anyag a fizikusok kézműves jövőben anyagok, egyedi tulajdonságokkal. A jég megtalálásához ultragyors mérésekre és a hőmérséklet és a nyomás finom szabályozására volt szükség, Kísérleti technikák kifejlesztésére. “Mindez nem lett volna lehetséges, mondjuk öt évvel ezelőtt” – mondta Christoph Salzmann a University College London-ban, aki felfedezte a XIII., XIV. és XV.,”
attól függően, hogy kit kérdez, a szuperionikus jég vagy egy újabb kiegészítés a víz már zsúfolt avatárjainak vagy valami még idegennek. Mivel vízmolekulái szétszakadnak-mondta Livia Bove, a francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont és a Pierre és Marie Curie Egyetem fizikusa, ez nem egészen új vízfázis. “Ez valóban egy új anyagállapot” – mondta -, ami meglehetősen látványos.,”
Rejtvények jegelni
a Fizikusok volna után superionic jég évek óta — amióta egy primitív számítógépes szimuláció által vezetett Pierfranco Demontis 1988-ban megjósolta, víz lenne a furcsa, majdnem fém -, mint a forma, ha túl erőltettem a térkép ismert jeges szakaszok.
extrém nyomás és hő hatására a szimulációk azt sugallták, hogy a vízmolekulák eltörnek. Mivel az oxigénatomok köbös rácsba vannak zárva, “a hidrogének most elkezdenek ugrani a kristály egyik helyzetéből a másikba, és újra ugranak, és újra ugranak” – mondta Millot., A rácsos helyek közötti ugrások olyan gyorsak, hogy a hidrogénatomok — amelyek ionizáltak, lényegében pozitív töltésű protonokká téve őket — úgy tűnik, hogy folyadékként mozognak.
Ez azt sugallta, hogy a szuperionikus jég villamos energiát vezetne, mint egy fém, a hidrogének pedig az elektronok szokásos szerepét játsszák. Miután ezek a laza hidrogénatomok tör körül is fokozza a jég zavar, vagy entrópia. Az entrópia növekedése viszont sokkal stabilabbá tenné ezt a jeget, mint más típusú jégkristályok, aminek következtében olvadáspontja felfelé emelkedik.,
de mindezt könnyű volt elképzelni, és nehéz bízni benne. Az első modellek egyszerűsített fizikát alkalmaztak, kézzel integetve a valódi molekulák kvantumtermészetén. A későbbi szimulációk több kvantumhatást hajtogattak be, de még mindig elkerülték a tényleges egyenleteket, amelyek több kvantumtestet interakció leírásához szükségesek, amelyeket túl számításilag nehéz megoldani. Ehelyett közelítésekre támaszkodtak, növelve annak lehetőségét, hogy az egész forgatókönyv csak egy szimuláció délibábja lehet., A kísérletek eközben nem tudták megtenni a szükséges nyomást anélkül, hogy elegendő hőt termelnének, hogy még ezt a kemény anyagot is megolvasztanák.
ahogy a probléma simmered, bár, planetáris tudósok kifejlesztették saját sunyi gyanú, hogy a víz lehet egy szuperionos jég fázis. Éppen akkor, amikor a fázist először megjósolták, a Voyager 2 szonda a külső naprendszerbe hajózott, felfedve valami furcsát az Uránusz és a Neptunusz jégóriások mágneses tereiről.,
úgy tűnik, hogy a Naprendszer többi bolygója körüli mezők erősen meghatározott északi és Déli pólusokból állnak, sok más struktúra nélkül. Ez majdnem olyan, mintha csak Bár mágnesek lennének a központjukban, igazítva a forgási tengelyükhöz. A bolygótudósok ezt “dynamos” – nak nevezik: olyan belső régiók, ahol vezető folyadékok emelkednek és örvénylenek, ahogy a bolygó forog, hatalmas mágneses mezőket bocsátanak ki.
ezzel szemben az Uránuszból és a Neptunuszból származó mágneses mezők fényesebbnek és összetettebbnek tűntek, több mint két pólussal., Nem igazodnak olyan szorosan a bolygók forgásához. Ennek egyik módja az lenne, ha valahogy a dinamóért felelős vezető folyadékot csak a bolygó vékony külső héjába korlátoznánk, ahelyett, hogy engednénk, hogy a magba érjen.
de az a gondolat, hogy ezeknek a bolygóknak szilárd magjai lehetnek, amelyek képtelenek dinamókat generálni, nem tűnt reálisnak. Ha fúrt ezek a jég óriások, azt várnánk, hogy az első találkozás egy réteg ionos víz, ami áramlását, magatartási áramlatok, valamint részt vesz a dinamo., Naiv módon úgy tűnik, hogy még mélyebb anyag, még melegebb hőmérsékleten is folyadék lenne. “Mindig azzal viccelődtem, hogy kizárt, hogy az Uránusz és a Neptunusz belseje valóban szilárd legyen” – mondta Sabine Stanley a Johns Hopkins Egyetemen. “De most kiderül, hogy valójában lehetnek.”
Ice on Blast
most végre Coppari, Millot és csapata összehozta a puzzle-darabokat.
egy korábbi, tavaly februárban közzétett kísérletben a fizikusok közvetett bizonyítékokat építettek a szuperionikus jégre., Egy csepp szobahőmérsékletű vizet szorítottak két vágott gyémánt hegyes végei közé. Mire a nyomás fel, hogy egy gigapascal, nagyjából 10-szer, hogy az alján a mariana-szigetek-Árok, a víz kellett alakítani egy tetragonal kristály nevű jég VI. Körülbelül 2 gigapascals volt kapcsolva a jég VII., sűrűbb, kocka forma, átlátszó, szabad szemmel is, hogy a tudósok a közelmúltban fedezték fel is létezik kis zseb belsejében természetes gyémánt.,
ezután az OMEGA lézerrel a lézerenergia laboratóriumában a Millot és munkatársai az ice VII-et célozták meg, még mindig gyémánt üllők között. Ahogy a lézer elérte a gyémánt felszínét, az anyag felfelé elpárolgott, így a gyémántot az ellenkező irányba taszította, és lökéshullámot küldött a jégen keresztül. A Millot csapata úgy találta, hogy szupernyomású jégük körülbelül 4700 Celsius fokon olvadt, körülbelül a szuperionikus jégre számítva, és hogy a feltöltött protonok mozgásának köszönhetően áramot vezetett.,
a szuperionos jég ömlesztett tulajdonságaira vonatkozó jóslatok rendezésével a Coppari és Millot által vezetett új tanulmány megtette a következő lépést annak szerkezetének megerősítéséhez. “Ha valóban bizonyítani akarja, hogy valami kristályos, akkor röntgen-diffrakcióra van szüksége” – mondta Salzmann.
új kísérletük a VI.és VII. Ehelyett a csapat egyszerűen összetörte a vizet lézeres robbantásokkal a gyémánt üllők között., Milliárd másodperccel később, amikor a lökéshullámok átterjedtek, és a víz nanométeres méretű jégkockákká kristályosodott, a tudósok további 16 lézersugarat használtak a minta melletti vékony vasrúd elpárologtatásához. A kapott forró plazma röntgensugarakkal elárasztotta a kristályosodó vizet, amely aztán diffraktált a jégkristályokból, lehetővé téve a csapat számára, hogy felismerje szerkezetét.
a vízben lévő atomok átrendeződtek a régóta megjósolt, de soha nem látott architektúrába, az Ice XVIII: egy köbös rács oxigénatomokkal minden sarkon és minden arc közepén., “Ez elég áttörés” – mondta Coppari.
“Az a tény, hogy ennek a fázisnak a létezése nem kvantummolekuláris dinamikus szimulációk tárgya, hanem valódi — ez nagyon megnyugtató” – mondta Bove.
és ez a fajta sikeres keresztellenőrzés a szimulációk és a valódi szuperionikus jég mögött azt sugallja, hogy az anyagfizikai kutatók végső “álma” hamarosan elérhető lesz., “Elmondod, milyen tulajdonságokat szeretnél egy anyagban, és odamegyünk a számítógéphez, és elméletileg kitaláljuk, milyen anyagra és milyen kristályszerkezetre lenne szükséged” – mondta Raymond Jeanloz, a Kaliforniai Egyetem Berkeley-i Kutatócsoportjának tagja. “A közösség nagy közeledik.”
az új elemzések arra is utalnak, hogy bár a szuperionikus jég némi áramot vezet, ez egy pépes szilárd anyag. Az idő múlásával folyna, de nem igazán lemorzsolódna., Az Uránuszon és a Neptunuszon belül a folyadékrétegek körülbelül 8000 kilométerre állnak le a bolygóra, ahol egy hatalmas, lassú, szuperionikus jégpáncél kezdődik, mint a Millot csapata. Ez korlátozná a legtöbb dinamó akciót a sekélyebb mélységekre, figyelembe véve a bolygók szokatlan mezőit.
más bolygók és holdak a Naprendszerben valószínűleg nem a megfelelő belső hőmérséklet-és nyomásfoltokat táplálják, hogy szuperionikus jég keletkezzen. De sok jég óriás méretű exoplanet lehet, ami arra utal, hogy az anyag gyakori lehet a jeges világokban az egész galaxisban.,
természetesen egyetlen valódi bolygó sem tartalmaz csak vizet. Naprendszerünk jégóriásai vegyszerekben is keverednek, mint a metán és az ammónia. Az, hogy a szuperionikus viselkedés valójában milyen mértékben fordul elő a természetben, “attól függ, hogy ezek a fázisok továbbra is léteznek-e, amikor a vizet más anyagokkal keverjük össze” – mondta Stanley. Eddig ez nem egyértelmű, bár más kutatók szerint szuperionos ammóniának is léteznie kell.,
amellett, hogy kutatásaikat más anyagokra is kiterjesztik, a csapat azt is reméli, hogy nullázza a szuperionos kristályok furcsa, szinte Paradox kettősségét. Az oxigénatomok rácsának megragadása “nyilvánvalóan a legnagyobb kihívást jelentő kísérlet, amit valaha tettem” – mondta Millot. Még nem látták a protonok kísérteties, interstitialis áramlását a rácson keresztül. “Technológiailag még nem vagyunk ott-mondta Coppari -, de a mező nagyon gyorsan növekszik.”