Учёные открыли лёд XXI — неизвестную ранее кристаллическую форму водяного льда

Первыми в мире ученые из Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки (KRISS) обнаружили 21-ю фазу кристаллического льда, названную Ice XXI, возникшую при давлении свыше 2 ГПа и комнатной температуре. Открытие позволяет глубже изучить процессы кристаллизации, что открывает дорогу к созданию невиданных раньше на Земле материалов и позволяет понять процессы в недрах ледяных планет, таких как спутники Сатурна и Юпитера.

HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники

Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные

Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл

Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия

Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету

Пять причин полюбить HONOR X8c

Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro

Пять причин полюбить HONOR Pad V9

Открытие стало возможным благодаря наблюдению процессов многократного замерзания и таяния воды в масштабе микросекунд, что позволило выявить ранее неизвестные пути кристаллизации. Ранее было известно 20 фаз кристаллического льда и две его аморфные фазы, зависящие от температуры и давления. Наиболее сложная для изучения зона фазовых переходов лежит в диапазоне от 0 до 2 ГПа, где плотно друг за другом следуют более десяти различных фаз. Исследователи из Южной Кореи смогли явно обнаружить новую кристаллическую фазу водяного льда на верхней границе этого диапазона — в условиях комнатной температуры на уровне давления 2 ГПа (20 тыс. атмосфер).

Для эксперимента группа KRISS разработала и применила динамическую алмазную наковальню (dDAC), которая позволила сжимать образцы равномерно по всему объёму с достаточно высокой скоростью — в масштабе миллисекунд. Обычные алмазные наковальни развивали давление в течение нескольких секунд и делали это неравномерно по отношению к образцам, что часто вызывало очаги преждевременной кристаллизации (возникал градиент прикладываемого давления).

Определение «динамическая» наковальня KRISS получила благодаря установке на неё пьезоэлектрических датчиков. Благодаря им появилась возможность в реальном масштабе времени следить за создаваемым давлением и поведением образца. В качестве образца выступала обычная вода.

В лабораторных условиях при комнатной температуре и давлении 2 ГПа учёные смогли добиться создания кристаллического льда в фазе VI. После этого в дело был пущен Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European XFEL). С его помощью исследователи на масштабе времени в диапазоне микросекунд смогли наблюдать новые пути кристаллизации льда, включая неизвестную ранее форму Ice XXI. Отметим, формально одним из ведущих акционеров European XFEL остаётся Россия, которая оплатила проект на 27 % его стоимости. Однако с 2022 года для учёных из РФ работа в проектах European XFEL приостановлена.

Лёд XXI обладает уникальной структурой с большой и сложной элементарной кристаллической ячейкой в форме плоской равносторонней коробки, что сделало её самой удивительной кристаллической формой льда из всех ранее обнаруженных. И это также новое слово в планетологии и материаловедении, что ещё предстоит осознать.