Эксперимент с экстремальным давлением раскрыл новую странную фазу льда

Исследователи из Корейского института исследований и стандартов (KRISS) впервые зафиксировали многократное замерзание и таяние воды при сверхвысоком давлении свыше 2 ГПа при комнатной температуре, используя микросекундную съемку. Это привело к открытию новой кристаллической фазы льда — льда XXI, первой за последние десятилетия. Наблюдения стали возможными благодаря динамической алмазной наковальне (dDAC), разработанной в KRISS, которая минимизирует механические возмущения и сокращает время сжатия до 10 миллисекунд, позволяя воде оставаться в переохлажденном жидком состоянии при давлениях, вдвое превышающих обычный порог кристаллизации.

Совместно с международными партнерами ученые использовали dDAC в комбинации с Европейским рентгеновским лазером на свободных электронах (XFEL) — крупнейшим в мире — для наблюдения за кристаллизацией с микросекундным разрешением. Были обнаружены сложные, ранее невиданные пути кристаллизации через новую фазу льда XXI. Структура льда XXI характеризуется необычно крупной и сложной элементарной ячейкой с уплощенной прямоугольной решеткой, где две базовые грани идентичны по длине.

Открытие имеет важное значение для планетологии: плотность льда XXI сравнима с высокодавленческими льдами внутри ледяных лун Юпитера и Сатурна, что может предоставить новые подсказки для изучения происхождения жизни в экстремальных космических условиях. Технология сочетания dDAC и XFEL открывает новые горизонты для исследований в физике высоких давлений и материаловедении.