Вчені створили нову форму льоду, що залишається твердою за кімнатної температури

Міжнародна команда науковців уперше створила нову форму льоду, яка залишається твердою за кімнатної температури. Нову фазу, названу як лід XXI, отримали, коли воду стиснули між двома алмазами до надзвичайного тиску, а потім дослідили за допомогою найбільшого у світі рентгенівського лазера — Euro­pean XFEL у Німеччині.

За словами авторів дослідження, вода у таких умовах переходить у метастабільний стан — нестійку фазу, яка може змінитися навіть від найменшого впливу. При тиску, що перевищує атмосферний у понад 20 000 разів, молекули H₂O настільки ущільнюються, що формують нову тверду структуру. За допомогою XFEL учені відстежували зміни у структурі зразка з точністю до однієї мікросекунди, фіксуючи процес багаторазової компресії та декомпресії.

Дослідники виявили лід XXI за допомогою приладу високої енергетичної щільності (на фото) європейського XFEL, найбільшого в світі рентгенівського лазера. (Джерело зображення: Euro­pean XFEL)

Дослід показав, що під екстремальним тиском звичайна вода переходить із високощільного у надвисокощільний стан. Це відкриття, опубліковане в журналі Nature Mate­ri­als, може мати велике значення для розуміння процесів, що відбуваються на крижаних супутниках планет Сонячної системи, таких як Європа чи Енцелад. «Наші результати свідчать, що може існувати набагато більше високотемпературних метастабільних фаз льоду, ніж ми вважали, — зазначила співавторка дослідження докторка Рейчел Гасбенд із Німецького електронного синхротрону (DESY). — Це відкриває нові можливості для розуміння складу крижаних місяців».

Лід XXI став уже 21‑ю відомою фазою льоду. До цього науковці відкрили такі різновиди, як лід XIX із чотиригранною кристалічною решіткою та суперіонний лід, який поводиться як гарячий металоподібний твердий стан. Такі різноманітні форми льоду зумовлені унікальною будовою молекули води, де атоми водню можуть упорядковуватися по-різному залежно від тиску та температури.

Науковці підкреслюють, що відкриття льоду XXI стало можливим завдяки новим технологіям динамічного стиснення та надшвидкої рентгенівської зйомки. За словами дослідника Гин Ву Лі з Корейського інституту стандартів і науки, завдяки XFEL уперше вдалося зафіксувати декілька шляхів кристалізації води під час тисяч циклів стиснення. Це відкриття поглиблює розуміння того, як вода поводиться в екстремальних умовах, подібних до тих, що можуть існувати всередині крижаних планет і супутників.