Учёные открыли новый тип «горячего» льда, который образуется при комнатной температуре

Международная группа исследователей, возглавляемая Институтом норм и науки Кореи (KRISS), обнаружила новую фазу водяного льда, образующегося при комнатной температуре и чрезвычайно высоком давлении. Этот лед получил название лед XXI и обладает уникальной тетрагональной кристаллической структурой, отличающей его от всех ранее известных форм льда.

Хотя вода состоит всего лишь из двух элементов — водорода и кислорода, её твердое состояние отличается удивительной сложностью. Существует более двадцати различных фаз водного льда, большинство из которых, включая хорошо известную форму льда I, образуются при низких температурах. Разнообразие этих фаз обусловлено изменениями в конфигурации сетей водородных связей при кристаллизации воды. Структура и плотность молекулярных взаимодействий зависят от диапазонов температуры и давления.

Для изучения перехода одной фазы льда в другую ученые использовали самый мощный рентгеновский лазер в мире European X-ray Free Electron Laser (XFEL) и источник высокоэнергетичных фотонов Petra III немецкого синхротрона DESY. Образцы воды были помещены между двумя алмазными пластинами, создающими сверхвысокое давление, достигающее уровня около двух гигапаскалей — примерно в двадцать тысяч раз больше атмосферного давления Земли.

При быстром сжатии и последующем постепенном снятии давления исследователи смогли зафиксировать пять различных путей замерзания-таянья льда VI при комнатной температуре. Новый лед XXI проявился непосредственно перед полным образованием стабильной формы льда VI. По словам ученых, уникальная структура льда XXI позволяет предположить существование промежуточных метастабильных состояний льда, возникающих до достижения стабильной фазы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials и открывает новые перспективы понимания структуры льдов внутри ледяных лун Солнечной системы, таких как Титан и Ганимед.