Undersøgelse afslører nye superioniske tilstande af helium-vandforbindelser

Helium og vand er kendt for at være rigeligt i hele universet, især på kæmpe planeter som Uranus og Neptun. Selvom helium typisk er ureaktivt ved almindelige atmosfæriske forhold, tidligere undersøgelser har fundet ud af, at det undertiden kan reagere med andre elementer og forbindelser under højt tryk.

Forskere ved Nanjing University og University of Cambridge har for nylig gennemført en undersøgelse, der undersøgte reaktionen mellem helium og vand under højtryksforhold som dem på andre planeter. I deres undersøgelse, fremhævet i Naturfysik , de afslørede to tidligere ukendte typer af superioniske tilstande, som de omtaler som SI-I og SI-II. Superioniske tilstande er i det væsentlige faser af stof, hvor en forbindelse samtidigt kan udvise både nogle egenskaber ved en væske og et fast stof.

"Helium er det mest inerte element i det periodiske system og anses generelt for at være ureaktivt under omgivelsesbetingelser, "Jian Sun, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Imidlertid, helium er fundet reagere med nogle grundstoffer og forbindelser ved højt tryk. Vi ville forstå, om helium og vand kan reagere med hinanden under højt tryk og arten af ​​de stater, der kan opstå under planetariske forhold. "

I de seneste år, superioniske stater er blevet et emne af interesse for mange forskerhold verden over. Et kendt eksempel på disse tilstande er superionisk vand (eller is), en fase af vand, der forekommer ved meget høje temperaturer og tryk, hvorved hydrogenatomer kan bevæge sig frit, og oxygenatomer er fikseret i deres undergitter.

I deres undersøgelse, Sun og hans kolleger brugte beregninger til at vise, at helium (He) og vand (H ₂ O) kan danne flere stabile forbindelser, som findes under en lang række trykforhold (fra 2–92 GPa). Interessant nok, de fandt ud af, at ved høje tryk og temperaturer, disse forbindelser kan danne superioniske tilstande, der aldrig er blevet observeret før.

"Vi brugte først krystalstruktursøgningsmetoder baseret på kvantemekanik til at opdage de mest stabile helium-vandforbindelser under højt tryk, "Chris Pickard, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Vi udførte derefter omfattende ab initio molekylær dynamiksimuleringer ved højt tryk og temperatur for at undersøge tilstanden af ​​disse forbindelser under planetariske forhold."

Som et sidste trin i deres undersøgelse, forskerne analyserede de superioniske egenskaber ved helium-vandforbindelser baseret på de simuleringer, de udførte. Dette tillod dem i sidste ende at producere et tryk-temperatur fasediagram for hver af disse forbindelser. Deres analyser af helium-vandforbindelser ved forskellige tryk- og temperaturforhold afslørede de to tidligere ukendte typer af superioniske tilstande.

"I den første af disse stater, heliumatomerne udviser flydende adfærd inden for en fast isgitterramme, som vi kaldte det SI-I, "Richard har brug for, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "I anden fase, både helium og hydrogenatomer bevæger sig på en væskelignende måde inden for et fast ilt-undergitter, som vi kaldte SI-II. Vi fandt ud af, at indsættelsen af ​​helium reducerer trykket i superioniske tilstande væsentligt sammenlignet med rent vand. "

Resultaterne indsamlet af Sun, Pickard, Behov og resten af ​​deres team kan have flere praktiske konsekvenser. For eksempel, de kunne bidrage til at forbedre vores nuværende forståelse af heliumforbindelser, stofets smelteproces og gigantiske planeters indre struktur.

"Vi vil nu studere andre heliumforbindelser, især dem, der forbinder direkte med planetarisk videnskab, såsom ammoniak eller metan, "Solen sagde." Vi leder efter uventede resultater i universet, hvilket giver enorme muligheder. "

© 2019 Science X Network