科学者たちは新しい形の氷を発見します – 遠くにあり、水が豊富な惑星でよく見られます。

UNLV物理学者たちは、新しい形態の氷発見の一環として、ダイヤモンドアンビルセル（ここの写真）で新しいレーザー加熱技術を開拓しました。 クレジット：クリスヒギンス

この発見は遠く離れており、水が豊富な惑星の私たちの理解に影響を与える可能性があります。

NLVの研究者たちは、高圧で水の特性を再定義する新しい形の氷を発見しました。

固体水または氷は、炭素がダイヤモンドまたはグラファイトを形成するなど、様々な温度および圧力条件に応じて異なる固体材料を形成することができるという点で他の多くの材料と同じである。 しかし、私たちに知られている少なくとも20の固体形態の氷があるので、水はこの点で例外的です。

UNLVのNevada Extreme Conditions Labで働く科学者チームは、高圧で水の特性を測定する新しい方法を開拓しました。 水のサンプルを最初に直面している2つのダイヤモンドの端の間に絞り、いくつかの混ざった氷の結晶で凍結しました。 氷はレーザー加熱技術を適用して一時的に溶融し、その後、小さな結晶の粉末状の集合体に急速に再形成された。

圧力を徐々に上げ、定期的にレーザービームを噴射することによって、チームは水氷が既知の立方体相であるIce-VIIから新しく発見された中間相であるIce-VIItに変化することを観察しました。 別の既知のステップであるIce-Xに移動します。

ザック・グランデ、UNLV博士の学生は、水がひどく硬くなったときに以前に考えたよりもはるかに低い圧力で発生することを証明した研究を主導しました。

私たちがこの新しい氷の段階を地球の表面のどこにでも発見する可能性はほとんどありませんが、地球マントルと太陽系外の大きな月と水が豊富な惑星でよく見られる成分である可能性が高いです。

研究チームの研究結果は学術誌2022年3月17日に報告された。 物理レビューB。

テイクアウト

研究チームは、遠い惑星の内部に存在する可能性のある高圧水の挙動を理解するために努力してきた。

そうするために、GrandeとUNLV物理学者Ashkan Salamatは、高圧物理学分野の標準機能であるダイヤモンドアンビルセルとして知られている2つのラウンドカットダイヤモンドチップの間に水サンプルを配置しました。 ダイヤモンドに少し力を加えると、研究者は地球の中心に見られるような高い圧力を再現することができました。

科学者たちは、このダイヤモンド間の水サンプルを絞り、酸素と水素原子を新しく発見されたアレイであるIce-VIItを含むさまざまなアレイに導きました。

最初のレーザー加熱技術により、科学者たちは水氷の新しい段階を観察することができただけでなく、Ice-Xへの移行が以前に考えたものよりもほぼ3倍低い圧力で発生することを発見しました。 100万気圧の代わりに30万気圧。 この移行は、何十年もの間、コミュニティで非常に議論的なテーマでした。

「ザックの研究は、イオン状態へのこれらの変換が以前に考えたよりもはるかに低い圧力で発生することを証明しました」とSalamatは言いました。 「これは欠けている部分であり、これらの条件下で水の最も正確な測定です。」

この研究はまた、エイリアン惑星の構成に関する私たちの理解を再調整するとSalamatは付け加えました。 研究者たちは、氷のIce-VIIt段階が太陽系外の予想される水が豊富な惑星の知覚と上部マントルに豊富に存在することができ、これは彼らが生命体が住むことができる条件を持つことができると仮定しています。

参照：「高密度Hの圧力駆動対称遷移₂O ice” Zachary M. Grande, C. Huy Pham, Dean Smith, John H. Boisvert, Chenliang Huang, Jesse S. Smith, Nir ​​Goldman, Jonathan L. Belof, Oliver Tschauner, Jason H. Steffen, Ashkan Salamat, 2022年3月17日、 物理レビューB。
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

ローレンス・リバーモア国立研究所（Lawrence Livermore National Laboratory）の協力者は、大規模なスーパーコンピューターを使用して結合再配置をシミュレートしました。 つまり、実験で測定されたまさにその位置で相転移が起こらなければならないと予測しました。

さらなる協力者には、UNLV物理学者Jason SteffenとJohn Boisvert、UNLV鉱物学者Oliver Tschauner、そしてArgonne National LaboratoryとArizona Universityの科学者が含まれます。