Les scientifiques ont prédit une nouvelle phase de glace superionique, une forme spéciale de glace qui pourrait exister sur Uranus, Neptune, et exoplanètes. Ce nouveau type de glace, dite phase P21/c-SI, se produit à des pressions supérieures à celles trouvées à l'intérieur des planètes de glace géantes de notre système solaire. L'équipe de l'Université de Princeton a fait cette découverte en utilisant les ressources du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

Les simulations théoriques menées au NERSC ont permis à l'équipe de modéliser des états de glace superionique qui seraient difficiles à étudier expérimentalement. Ils ont simulé des pressions au-delà des pressions les plus élevées possibles actuellement réalisables en laboratoire. Les simulations prédisent des caractéristiques spécifiques pour ce nouveau type de glace, qui pourraient être utilisées comme signatures de la glace superionique. La signature pourrait un jour être utilisée par les planétologues pour observer la glace superionique dans notre système solaire ou au-delà.

Résidant peut-être sur des planètes riches en glace dans notre système solaire et au-delà, la glace superionique est un type de glace exotique qui existe à haute température et haute pression. Dans la glace superionique, les molécules d'eau se dissocient en atomes chargés (ions), avec les ions oxygène enfermés dans un réseau solide. Les chercheurs de l'Université de Princeton ont mené une étude approfondie sur les différentes phases que peut subir la glace superionique, en regardant comment le réseau d'oxygène a changé et l'hydrogène liquide s'est déplacé. Ils ont calculé la conductivité ionique et la diffusivité de l'hydrogène de chaque phase. Ils ont découvert que la conductivité ionique augmente considérablement lorsque la glace passe de la phase solide à la phase superionique.

Le changement de conductivité est soit progressif, soit brutal selon la phase superionique. Des changements brusques et progressifs de conductivité sont également observés dans des matériaux qui peuvent être superioniques à pression atmosphérique. Par exemple, un changement brusque de conductivité est observé dans l'iodure d'argent (AgI) tandis qu'un changement de conductivité graduel est observé dans le disulfure de plomb (PbS2). Ce qui est inhabituel à propos de la glace superionique, c'est que ces deux types de changements de conductivité sont observés dans le même matériau dans des conditions thermodynamiques différentes. Les chercheurs de l'Université de Princeton ont simulé ce qui se passerait si la forme superionique était soumise à des pressions extrêmes, de 280 GPa à 1,3 TPa. Ils ont découvert que la glace a des phases concurrentes au sein d'un réseau d'oxygène compact. Alors que la pression monte, la structure compacte devient instable. Le réseau se transforme en une nouvelle phase inhabituelle, qui est associée à un changement progressif de la conductivité ionique. L'équipe a également découvert que la pression plus élevée abaisse la température nécessaire à la transition de la glace vers les phases superioniques.