科学者たちは新しい形の氷を発見しました-それは遠くの水が豊富な惑星で一般的かもしれません

UNLVの物理学者は、新しい形の氷の発見の一環として、ダイヤモンドアンビルセル（ここに写真を掲載）で新しいレーザー加熱技術を開拓しました。 クレジット：Chris Higgins

調査結果は、遠くの水が豊富な惑星の理解に影響を与える可能性があります。

NLVの研究者は、高圧の水の特性を再定義する新しい形の氷を発見しました。

固体の水、または氷は、ダイヤモンドカーボンやグラファイトの形成など、温度や圧力条件の変化に基づいてさまざまな固体を形成できるという点で、他の多くの物質と同様です。 しかし、私たちに知られている氷の少なくとも20の固体形態があるので、水はこの面で例外的です。

ネバダ州にあるUNLVの極限状態研究所で働く科学者のチームは、高圧下の水の特性を測定するための新しい方法を考案しました。 水サンプルは、最初にダイヤモンドの両端の間で圧搾され、いくつかの混合氷晶に凍結されました。 次に、氷をレーザー加熱技術にかけ、一時的に溶かしてから、粉末のような小さな結晶の配列に急速に再形成しました。

チームは、圧力を徐々に上げ、定期的にレーザービームを照射することで、水氷が安定する前に、よく知られている立方体相であるIce-VIIから新たに発見された中間および第4相であるIce-VIItに移行することを観察しました。 別の有名なステージ、Ice-Xへ。

ネバダ大学ラスベガス校でザックグランデ博士。 水が固まるとIce-Xへの移行が以前考えられていたよりもはるかに低い圧力で起こることも示した研究を主導したタレブ。

地球上のどこにでもこの新しい氷の相が見つかる可能性は低いですが、それは地球のマントル内だけでなく、太陽系外の大きな衛星や水に富む惑星でも共通の要素である可能性があります。

チームの結果は、雑誌の2022年3月17日号で報告されました 物理的レビューb。

取り除く

研究チームは、遠方の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取り組んでいました。

これを行うために、GrandiとUNLV物理学者のAshkan Salamaは、高圧物理学の分野で標準的な機能であるダイヤモンドアンビルセルと呼ばれる2つの円形にカットされたダイヤモンドの端の間に水のサンプルを置きました。 ダイヤモンドに少し力を加えることで、研究者は地球の中心にある圧力と同じくらい高い圧力を再現することができました。

科学者たちは、これらのダイヤモンドの間で水サンプルを圧縮することにより、酸素原子と水素原子を、新しく発見された配置であるIce-VIItを含むさまざまな異なる配置に駆動しました。

この種の最初のレーザー加熱技術により、科学者は水氷の新しい段階を観察できただけでなく、チームは、Ice-Xへの移行が以前に考えられていたよりもほぼ3倍低い圧力（300,000）で発生したことも発見しました。 100万の代わりに雰囲気。 この移行は、数十年にわたってコミュニティで熱く議論されてきたトピックです。

「ザックの研究は、このイオン状態への移行が以前に考えられていたよりもはるかに低い圧力で起こることを示した」とサラマット氏は述べた。 「これは欠けている部分であり、これらの条件下での水に関する最も正確な測定値です。」

サラマット氏は、この研究は太陽系外惑星の形成についての私たちの理解も再調整していると付け加えました。 研究者たちは、氷のIce-VIIt相が、太陽系の外にある投影された水に富む惑星の地殻と上部マントルに豊富に存在する可能性があると仮定しています。

参考：「密度の高いHにおける圧力駆動の​​対称性遷移₂Zachary M. Grande、Si Hoy Pham、Dean Smith、John H. Boisfert、Qinliang Huang、JesseSによる「Oice」2022年3月17日ここで入手可能 物理的レビューb。
DOI：10.1103 / PhysRevB.105.104109

ローレンスリバモア国立研究所の共同研究者は、大型のスーパーコンピューターを使用して結合の再配列をシミュレートしました。これは、相転移が実験で測定された場所で正確に発生することを予測したものです。

追加の協力者には、UNLV物理学者のJasonStephenとJohnBoasfert、UNLV鉱物学者のOliver Chuner、およびアルゴンヌ国立研究所とアリゾナ大学の科学者が含まれます。