Forudsiger en ny fase af superionisk is

Forskere forudsagde en ny fase af superionisk is, en særlig form for is, der kunne eksistere på Uranus, Neptun, og eksoplaneter. Denne nye type is, kaldet P21/c-SI fase, forekommer ved større tryk end dem, der findes inde i vores solsystems gigantiske isplaneter. Princeton University -teamet gjorde denne opdagelse ved hjælp af ressourcer på National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

De teoretiske simuleringer udført på NERSC lod holdet modellere tilstande af superionisk is, som ville være vanskelige at studere eksperimentelt. De simulerede tryk ud over det højest mulige tryk, der i øjeblikket kan opnås i laboratoriet. Simuleringerne forudsiger specifikke karakteristika for denne nye type is, som kunne bruges som underskrifter på superionisk is. Signaturen kunne en dag blive brugt af planetariske videnskabsmænd til at observere superionisk is i vores solsystem eller videre.

Muligvis bosat på isrige planeter i vores solsystem og videre, superionisk is er en eksotisk istype, der eksisterer ved høj temperatur og højt tryk. I superionisk is, vandmolekylerne dissocieres i ladede atomer (ioner), med iltionerne låst i et fast gitter. Forskerne fra Princeton University gennemførte en omfattende undersøgelse af de forskellige faser, som superionisk is kan gennemgå, ser på, hvordan iltgitteret ændrede sig, og det flydende brint bevægede sig. De beregnede den ioniske ledningsevne og brintdiffusivitet for hver fase. De fandt ud af, at den ioniske ledningsevne stiger dramatisk, når isen skifter fra den faste fase til den superioniske fase.

Ændringen af ​​ledningsevne er enten gradvis eller pludselig afhængigt af den superioniske fase. Abrupte og gradvise ændringer af ledningsevnen observeres også i materialer, der kan være superioniske ved atmosfærisk tryk. For eksempel, en brat ændring af ledningsevnen observeres i sølviodid (AgI), mens en gradvis ændring af ledningsevnen observeres i blydisulfid (PbS2). Hvad der er usædvanligt ved superionisk is er, at disse to typer ledningsevneændringer observeres i det samme materiale under forskellige termodynamiske forhold. Forskerne ved Princeton University simulerede, hvad der ville ske, hvis den superioniske form blev sat under ekstremt pres, fra 280 GPa til 1,3 TPa. De opdagede, at isen har konkurrerende faser inden for et tætpakket iltgitter. Når trykket stiger, den tætpakkede struktur bliver ustabil. Gitteret omdannes til en ny usædvanlig fase, som er forbundet med en gradvis ændring i ionisk ledningsevne. Holdet fandt også ud af, at det højere tryk sænker den temperatur, der er nødvendig for, at isen kan overgå til superioniske faser.