Los científicos han predicho una nueva fase de hielo superiónico, una forma especial de hielo que podría existir en Urano y Neptuno, en un estudio teórico realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton.
"El hielo superiónico es este estado intermedio de la materia que realmente no podemos relacionar con nada de lo que sabemos, por eso es interesante", Salvatore Torquato, profesor de química que dirigió conjuntamente el trabajo con Roberto Car, elRalph W. '31 Dornte Profesor de Química. A diferencia del agua o el hielo normal, en el hielo superiónico las moléculas de agua se disocian en átomos cargados llamados iones, con los iones de oxígeno encerrados en una red sólida, mientras que los iones de hidrógeno se mueven como las moléculas en un líquido.
Publicado el 28 de agosto en Comunicaciones de la naturaleza , la investigación reveló un tipo completamente nuevo de hielo superiónico que ellos llaman la fase P21 / c-SI, que ocurre a presiones aún más altas que en el interior de planetas de hielo gigantes de nuestro sistema solar. Otras dos fases del pensamiento de hielo superiónicoen los planetas existen hielo superiónico cúbico centrado en el cuerpo BCC-SI y hielo superiónico compacto CP-SI.
Cada fase tiene una disposición única de iones de oxígeno que da lugar a propiedades distintas. Por ejemplo, cada una de las fases permite que los iones de hidrógeno fluyan de una manera característica. Los científicos planetarios podrían observar los efectos de esta conductividad iónica en busca dehielo superiónico: "Estas propiedades únicas podrían usarse esencialmente como firmas de hielo superiónico", dijo Torquato, "así que ahora que sabe qué buscar, tiene una mejor oportunidad de encontrarlo".
A diferencia de la Tierra, que tiene dos polos magnéticos norte y sur, los gigantes de hielo pueden tener muchos polos magnéticos locales, que según las principales teorías pueden deberse al hielo superiónico y al agua iónica en el manto de estos planetas. En el agua iónica, tanto oxígenoy los iones de hidrógeno muestran un comportamiento similar al líquido. Los científicos han propuesto que el calor que emana hacia afuera del núcleo del planeta puede pasar a través de una capa interna de hielo superiónico y, por convección, crear vórtices en la capa externa de agua iónica que dan lugar a campos magnéticos locales..
Mediante el uso de simulaciones teóricas, los investigadores pudieron modelar estados de hielo superiónico que serían difíciles de estudiar experimentalmente. Simularon presiones que estaban más allá de las presiones más altas posibles obtenidas en el laboratorio con instrumentos llamados células de yunque de diamante. La presión extrema puede serlogrado a través de experimentos de ondas de choque, pero estos dependen de crear una explosión y son difíciles de interpretar, explicó el profesor Car.
Los investigadores calcularon la conductividad iónica de cada fase del hielo superiónico y encontraron un comportamiento inusual en la transición donde el cristal de baja temperatura, en el que los iones de oxígeno e hidrógeno están unidos, se transforma en hielo superiónico. En materiales superiónicos conocidos, generalmentela conductividad puede cambiar abruptamente tipo I o gradualmente tipo II, pero el tipo de cambio será específico para el material. Sin embargo, el hielo superiónico se rompe de la convención, ya que la conductividad cambia abruptamente con la temperatura a través del cristal para empacartransición superiónica y continua en la transición cristalina a P21 / c-SI.
Como un estudio fundamental, el equipo de investigación investigó el hielo superiónico tratando los iones como si fueran partículas clásicas, pero en futuros estudios planean tener en cuenta los efectos cuánticos para comprender mejor las propiedades del material.
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation DMS-1065894 y el Departamento de Energía de los EE. UU. DE-SC0008626 y DE-SC0005180.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :