Montaje que ilustra los protones en el salto como se observa en las simulaciones. Crédito: Avances de la ciencia
Un equipo internacional de investigadores de University College Dublin (UCD) y University of Saskatchewan, Canadá, han observado un movimiento de "salto de protones" en una forma de hielo de alta presión (celosías de Ice VII).
Tal movimiento puede estar presente en cuerpos planetarios como Venus, junto con Júpiter, Neptuno y Urano, y sus lunas; o exoplanetas (planetas fuera del Sistema Solar), mediada por campos eléctricos externos.
Este descubrimiento de conducción eléctrica en el hielo tiene el potencial de alterar y mejorar nuestra comprensión del comportamiento y la dinámica molecular del hielo a alta presión en el Universo. en todas sus diferentes formas y variados ambientes.
El descubrimiento ha sido anunciado en un artículo científico titulado "Posibilidad de realizar hielo superiónico VII en campos eléctricos externos de cuerpos planetarios, "recién publicado en Avances de la ciencia , una revisión por pares, multidisciplinario, Revista científica de acceso abierto.
El hielo de agua ordinario se conoce como Hielo I, mientras que Ice VII es una forma cristalina cúbica de hielo que se puede formar a partir de agua líquida por encima de 3 GPa (30, 000 atmósferas) bajando su temperatura a temperatura ambiente, o descomprimiendo agua pesada (D 2 O) Ice VI por debajo de 95 K.
Ice VII tiene una estructura simple de dos interpenetrantes, y efectivamente independiente, sub-celosías de hielo cúbico, y es estable en una amplia región por encima de 2 GPa. Dada la estructura simple y la estabilidad de Ice VII, su importancia como candidato potencial para una fase de hielo superiónica (SI), en el que los átomos de oxígeno permanecen ordenados cristalográficamente mientras que los protones se vuelven completamente difusivos como resultado de la disociación intramolecular, ha sido la hipótesis desde hace algún tiempo.
Además, Los estudios teóricos indican una posible prevalencia de hielo SI en mantos de planetas grandes, como Urano y Neptuno, y exoplanetas, o aquellos que presenten campos eléctricos permanentes o transitorios, como Venus.
El desafío para los científicos hasta la fecha ha sido realizar SI-ice y el descubrimiento de protones 'on the hop' en Ice VII fue realizado por el profesor Niall English. Facultad de Ingeniería Química y de Bioprocesos de la UCD con su entonces becario de investigación postdoctoral, Dr. Zdeněk Futera, y coautor del artículo, Profesor John Tse, Universidad de Saskatchewan.
Profesor Niall English, Facultad de Ingeniería Química y de Bioprocesos de la UCD, dijo, "Nuestro nuevo descubrimiento fundamental implica la aplicación de campos eléctricos, que inducen la separación de protones de sus moléculas de agua madre constituyentes, y 'rayuela de protones' tipo Grotthuss de una molécula de agua a la siguiente, desplazar el protón en la siguiente cadena en un juego similar a las sillas musicales, estableciendo así una corriente eléctrica o un flujo de carga ".
Él agregó, "Esto tiene implicaciones importantes para la hipótesis del Hielo VII en varios cuerpos planetarios y exoplanetarios, con campos eléctricos permanentes o transitorios, como los alrededores de Venus y las lunas de Júpiter como Europa (rica en agua), y, especialmente, Ganimedes ".
"Este desarrollo en la química física del hielo tiene el potencial de conducir a una posible detección espectroscópica de fases exóticas del hielo en el universo".
Los enfoques de simulación molecular subyacentes (sin equilibrio) en campos eléctricos externos son prometedores en términos de su uso potencial en el diseño de materiales superiores de transporte de carga para la física de dispositivos de estado sólido.
Dr. Zdeněk Futera, ahora en la Universidad de Bohemia del Sur, República Checa dijo:"Aprovechando los programas de colaboración en investigación en curso con el profesor John Tse, Universidad de Saskatchewan, Hemos establecido una buena comprensión teórica de la manipulación molecular de los campos eléctricos de la conducción de protones, lo que contribuye a nuestro conocimiento microscópico del flujo de carga ".
Profesor John Tse, Departamento de Física e Ingeniería Física, Universidad de Saskatchewan, dijo, "Nuestro trabajo aclara los orígenes atomísticos y electrónicos del comportamiento SI en Ice VII, que imita los recientes experimentos de ondas de choque láser de Ice XVIII por Millot y colaboradores publicados en Naturaleza hace un año. En el universo, notamos que Venus tiene un campo eléctrico permanente, lo que se puede esperar que influya mucho en el comportamiento microscópico de cualquier agua sobre el mismo ".
"La explicación también explica por qué se puede ver que estos protones saltan cuando se aplica un campo eléctrico. Por lo tanto, este estudio es capaz de proporcionar una explicación clara y consistente a un problema previamente desconcertante:el 'cómo y por qué' de hacer que el hielo sea superiónico ".
El profesor de inglés concluyó:"Nos gustaría agradecer el apoyo y las instalaciones de Computación de alto rendimiento proporcionados en UCD, así como la colegialidad de los profesionales visionarios en la comunidad global de la física del hielo".
