Pierfranco Demontis dijo en 1988, "El hielo se convierte en un conductor de iones rápidos a alta presión y altas temperaturas, "pero su predicción era solo hipotética hasta hace poco. Después de 30 años de estudio, El hielo de agua superiónica se verificó experimentalmente en 2018. La superionicidad puede eventualmente explicar el fuerte campo magnético en los interiores planetarios gigantes.

¿Qué pasa con la Tierra? ¿cuyos interiores también están sometidos a condiciones extremas de presión y temperatura? Aunque las tres cuartas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas por agua, El agua o el hielo independientes rara vez existen en el interior de la Tierra. La unidad de agua más común es el hidroxilo, que se asocia con los minerales del huésped para convertirlos en minerales hidratados. Aquí, un grupo de investigación dirigido por el Dr. Qingyang Hu, Dr. Duckyoung Kim, y el Dr. Jin Liu del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión descubrieron que uno de esos minerales hidratados también entra en una fase superiónica exótica, similar al hielo de agua en los planetas gigantes. Los resultados se publican en Geociencias de la naturaleza .

"En agua superiónica, el hidrógeno se liberará del oxígeno y se volverá líquido, y moverse libremente dentro de la red de oxígeno sólido. Similar, estudiamos un óxido-hidróxido de hierro mineral hidratado (FeOOH), y los átomos de hidrógeno se mueven libremente en la red de oxígeno sólido de FeO ₂ , "dijo el Dr. He, quien realizó la simulación computacional.

"Se convirtió en la fase superiónica por encima de unos 1700 ° C y 800, 000 veces la presión atmosférica normal. Tales condiciones de presión y temperatura aseguran que una gran parte del manto inferior de la Tierra pueda albergar el mineral hidratado superiónico. Estas regiones profundas pueden tener ríos hechos de protones, que fluyen a través de los sólidos ", agregó el Dr. Kim.

Guiados por sus predicciones teóricas, Luego, el equipo intentó verificar esta fase superiónica predicha en FeOOH caliente mediante la realización de experimentos de alta temperatura y alta presión utilizando una técnica de calentamiento por láser en una celda de yunque de diamante.

"Es técnicamente difícil reconocer el movimiento de los átomos de H de forma experimental; sin embargo, la evolución del enlace O-H es sensible a la espectroscopía Raman, "dijo el Dr. Hu, uno de los autores principales. "Entonces, rastreamos la evolución del enlace O-H y capturamos este estado exótico en su forma ordinaria ".

Descubrieron que la unión O-H se suaviza abruptamente por encima de 73, 000 veces la presión atmosférica normal, junto con ~ 55% de debilitamiento de la intensidad máxima de O-H Raman. Estos resultados indican que algunos H ⁺ puede deslocalizarse del oxígeno y volverse móvil, por lo tanto, debilitando la unión O-H, coherente con las simulaciones. "El ablandamiento y debilitamiento de la unión O-H en condiciones de alta presión y temperatura ambiente solo puede considerarse como un precursor del estado superiónico porque se requiere alta temperatura para aumentar la movilidad más allá de la celda unitaria, "explicó el Dr. Hou.

En materiales superiónicos, habrá un cambio de conductividad obvio, que es una sólida evidencia de superionización. El equipo midió la evolución de la conductividad eléctrica de la muestra en condiciones de alta temperatura y presión. Observaron un aumento brusco de la conductividad eléctrica alrededor de 1500-1700 ° C y 121, 000 veces la presión atmosférica normal, indicando que el hidrógeno difusivo había cubierto toda la muestra sólida y, por lo tanto, entró en un estado superiónico.

"El FeO tipo pirita ₂ H _X es solo el primer ejemplo de fases superiónicas en el manto inferior profundo, "comentó el Dr. Liu, un coautor principal del trabajo. "Es muy probable que el hidrógeno en los óxidos densos que contienen hidrógeno recientemente descubiertos y que son estables en las condiciones de alta P-T del manto inferior profundo, como fases hidratadas densas, también puede exhibir un comportamiento superiónico ".