Обнаружена новая кристаллическая форма водяного льда

Физики наблюдали, как кристаллы водяного льда при переходе из одной кубической фазы (лед VII) к другой кубической фазе (лед X) на некоторое время принимают неизвестную ранее фазу с тетрагональным типом кристаллической решетки. Новая фаза получила название лед VIIt.

Специалисты по кристаллографии различают более двадцати модификаций кристаллического льда (не считая аморфной формы), в природе почти весь водяной лед представлен только одной из них. Так называемый лед I_h имеет гексагональную кристаллическую структуру, каждая молекула воды в нем окружена четырьмя другими молекулами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра. Расстояние между молекулами составляет 2,76 ангстрема. Незначительная часть льда в верхних слоях атмосферы относится к типу Iс, который имеет кубическую структуру кристаллов. Такой лед образуется при температуре от −133 °C до −123 °C и сохраняет свою структуру до −73 °C, а в дальнейшем переходит в лед I_h. Для образования прочих типов водяного льда необходимы особые условия, прежде всего высокое давление.

Зак Гранде (Zach Grande) из Университета Невады и его коллеги применили в исследовании изобретенный ими новый метод измерения свойств воды под высоким давлением. Образец воды был сначала сжат между кончиками двух ромбов, обращенных друг к другу, и застыл в несколько перемешанных кристаллов льда. Затем лед подвергли лазерному нагреву, который временно расплавил его, прежде чем он быстро превратился в порошкообразный набор крошечных кристаллов. Постепенно повышая давление и периодически воздействуя на образец лазерным лучом, физики наблюдали переход от кубического льда VII к структуре тетрагональной симметрии, льду VIIt. Одновременно они установили, что переход к льду X происходит при гораздо более низком давлении, чем считалось ранее.

Существование этой формы льда на поверхности Земли маловероятно. Но такой лед может встречаться в земной мантии, а также на планетах и спутниках в Солнечной системе.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review B.