Лазер превратил воду в экзотический лёд

Тот лёд, который вы когда-либо встречали в своей жизни, скорее всего относился к одному единственному типу — так называемому I_h (один-аш). Это кристаллы льда, имеющие гексагональную кристаллическую структуру. Но давно известно, что существуют и другие виды льда: на данный момент насчитывают 17 его кристаллических модификаций.

Кристаллическая структура льда VII
Кристаллическая структура льда VII

Одним из таких экзотических видов является лёд VII (лёд-семь). Его кристаллы имеют простую кубическую структуру, а наблюдаться такой лёд может даже при комнатных температурах — но только при больших давлениях порядка сотен атмосфер. В природе такой «сжатый лёд», возможно, существует где-нибудь на дне океанов на спутнике Сатурна Титане, или на некоторых экзопланетах.

В свежей работе рост льда VII удалось наблюдать в эксперименте с использованием коротких и мощных лазерных импульсов. Эти импульсы возбуждали в воде ударные волны, в которых и достигалось необходимое давление.

Эта работа не первая, в которой таким методом пытались получить лёд VII, однако до этого не удавалось надёжно зафиксировать кристаллическую структуру быстро возникающего и быстро пропадающего состояния. Сейчас же авторы работы использовали для этой цели уникальный источник рентгеновского излучения — лазер на свободных электронах LCLS, расположенный в Стенфорде.

Схема экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки

Экспериментаторы облучали инфракрасным лазерным импульсом тонкий слой воды, а затем с небольшой задержкой посылали на него рентгеновское излучение. На получившихся в серии выстрелов снимках оказались хорошо различимы два дифракционных пика, свидетельствующие о возникновении кубической кристаллической структуры. Пики, однако, существовали только в течение около 6 наносекунд после прохождения ударной волны.

Те самые пики
Те самые пики

Более детальный анализ показал, что кубическая структура возникает не сразу. Сначала образуются одномерные кристаллы в виде иголок или палочек. И только затем они объединяются в единую кубическую структуру.


Источник: Instant-Freeze Water // Physics

comments powered by Disqus