Los científicos predijeron una nueva fase del hielo superiónico, una forma especial de hielo que podría existir en Urano, Neptuno, y exoplanetas. Este nuevo tipo de hielo, llamada fase P21 / c-SI, ocurre a presiones mayores que las que se encuentran dentro de los planetas gigantes de hielo de nuestro sistema solar. El equipo de la Universidad de Princeton hizo este descubrimiento utilizando recursos del Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC).

Las simulaciones teóricas realizadas en NERSC permitieron al equipo modelar estados de hielo superiónico que serían difíciles de estudiar experimentalmente. Simularon presiones más allá de las presiones más altas posibles actualmente alcanzables en el laboratorio. Las simulaciones predicen características específicas para este nuevo tipo de hielo, que podrían usarse como firmas de hielo superiónico. La firma podría ser utilizada algún día por científicos planetarios para observar hielo superiónico en nuestro sistema solar o más allá.

Posiblemente residiendo en planetas ricos en hielo en nuestro sistema solar y más allá, El hielo superiónico es un tipo exótico de hielo que existe a alta temperatura y alta presión. En hielo superiónico las moléculas de agua se disocian en átomos cargados (iones), con los iones de oxígeno encerrados en una red sólida. Los investigadores de la Universidad de Princeton realizaron un estudio exhaustivo sobre las diferentes fases por las que puede pasar el hielo superiónico, mirando cómo cambió la red de oxígeno y se movió el hidrógeno líquido. Calcularon la conductividad iónica y la difusividad del hidrógeno de cada fase. Descubrieron que la conductividad iónica aumenta drásticamente cuando el hielo cambia de la fase sólida a la fase superiónica.

El cambio de conductividad es gradual o brusco dependiendo de la fase superiónica. También se observan cambios bruscos y graduales de conductividad en materiales que pueden ser superiónicos a presión atmosférica. Por ejemplo, se observa un cambio brusco de conductividad en el yoduro de plata (AgI) mientras que se observa un cambio gradual de conductividad en el disulfuro de plomo (PbS2). Lo inusual del hielo superiónico es que estos dos tipos de cambios de conductividad se observan en el mismo material en diferentes condiciones termodinámicas. Los investigadores de la Universidad de Princeton simularon lo que sucedería si la forma superiónica se sometiera a presiones extremas, de 280 GPa a 1,3 TPa. Descubrieron que el hielo tiene fases competitivas dentro de una red de oxígeno compacta. A medida que aumenta la presión, la estructura compacta se vuelve inestable. La celosía se transforma en una nueva fase inusual, que está asociado con un cambio gradual en la conductividad iónica. El equipo también descubrió que la presión más alta reduce la temperatura necesaria para que el hielo pase a fases superiónicas.