Что такое лёд? Просто вода в твёрдом агрегатном состоянии. Отлично. Но как всегда всё чуть сложнее, чем кажется. Сколько видов льда вы знаете? Неужели их опять много? О да, именно так. Мир материалов прекрасен и удивителен.
В условиях экстремального давления вода может образовывать различные виды льда, наиболее известным из которых является суперионный лед. Суперионный лед был открыт учеными из Чикагского университета, Карнеги и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в 2018 году.
Суперионный лед - это новая фаза материи, которая частично твердая, частично жидкая и образуется при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. Он состоит из жидкости ионов водорода, проходящих через решетку кислорода.
Да, вы не ослышались. Именно ВЫСОКИХ температурах. Для того, чтобы сделать горячий лёд, нужно всего-ничего. Потребуется запредельное давление.
Я уже рассказывал в ролике про агрегатные состояния, что фактический тип образования структуры зависит от термодинамических параметров - температуры и давления. По сути для того, чтобы сделать воду твёрдой, можно её "очень сильно сжать". Это уменьшит расстояния между частицами и не даст им активно вибрировать. При высоких давлениях материал станет твёрдым.
Если давление будет экстремальным, то в лёд можно превратить даже кипяток. Опять-таки, важна связка давление-температура.
Соответственно, можно и "материю из ионов" загнать в лёд. Суперионный лед образуется при чрезвычайно высоких температурах в диапазоне 5000 Кельвинов (4700 °C) и давлении около 340 гигапаскалей, или более чем в 3,3 миллиона раз больше стандартного атмосферного давления Земли. Поэтому существование стабильного суперионного льда на нашей планете невозможно.
Ученые создали суперионный лед, воздействуя на каплю воды ударной волной высокого давления лазера.
В 2019 году команда LLNL сообщила в журнале Nature, что им удалось произвести крошечное количество льда XVIII за одну миллиардную долю секунды. Исследования суперионного льда были опубликованы в журналах Nature Physics и Nature. Ученые нашли способ надежного создания, поддержания и исследования суперионного льда.
Исследования этого состояния выполняются не просто так. Суперионный лёд является основным компонентом мантии Урана и Нептуна. Изучение его свойств помогает создавать более точные модели внутреннего строения этих планет, включая их магнитные поля. Теоретически, суперионный лёд может обладать свойствами суперпроводника при определенных условиях. Создание стабильного суперпроводника при комнатной температуре является одной из главных целей современной науки. Прикладных применений тут целое изобилие.
Главная проблема заключается в создании и поддержании условий, необходимых для существования суперионного льда в лабораторных условиях. Для этого требуются очень высокие давления и температуры, которые трудно достичь и поддерживать. Однако, благодаря развитию экспериментальных методов и компьютерного моделирования, ученые постепенно продвигаются в изучении этого экзотического вещества.
В будущем, суперионный лёд может стать ключом к новым технологиям и более глубокому пониманию Вселенной. Он может помочь нам создать более эффективные аккумуляторы, суперпроводники и материалы с уникальными свойствами. Кроме того, изучение суперионного льда позволит нам лучше понять внутреннее строение планет-гигантов и эволюцию Солнечной системы.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!