Montage illustrant les protons sur le saut tel qu'observé dans les simulations. Crédit: Avancées scientifiques
Une équipe internationale de chercheurs de l'University College Dublin (UCD) et de l'Université de la Saskatchewan, Canada, ont observé un mouvement de « saut de protons » dans une forme de glace à haute pression (réseaux Ice VII).
Un tel mouvement peut être présent dans des corps planétaires tels que Vénus, avec Jupiter, Neptune et Uranus, et leurs lunes; ou exoplanètes (planètes en dehors du système solaire), médiée par des champs électriques externes.
Cette découverte de conduction électrique dans la glace a le potentiel de modifier et d'améliorer notre compréhension du comportement et de la dynamique moléculaire de la glace à haute pression dans l'Univers, sous toutes ses formes et environnements variés.
La découverte a été annoncée dans un article scientifique intitulé "Possibility of Realizing Superionic Ice VII in External Electric Fields of Planetary Bodies, " vient de paraître dans Avancées scientifiques , un comité de lecture, multidisciplinaire, revue scientifique en libre accès.
La glace d'eau ordinaire est connue sous le nom de glace I, tandis que Ice VII est une forme cristalline cubique de glace qui peut être formée à partir d'eau liquide au-dessus de 3 GPa (30, 000 atmosphères) en abaissant sa température à température ambiante, ou en décompressant l'eau lourde (D
Ice VII a une structure simple de deux interpénétrants, et effectivement indépendant, sous-réseaux de glace cubique, et est stable dans une vaste région au-dessus de 2 GPa. Compte tenu de la structure simple et de la stabilité de Ice VII, son importance en tant que candidat potentiel pour une phase de glace superionique (SI), dans lequel les atomes d'oxygène restent ordonnés cristallographiquement tandis que les protons deviennent pleinement diffusifs à la suite d'une dissociation intramoléculaire, est hypothétique depuis un certain temps.
En outre, des études théoriques indiquent une possible prévalence de la glace SI dans les manteaux des grandes planètes, comme Uranus et Neptune, et exoplanètes, ou celles présentant des champs électriques permanents ou transitoires, comme Vénus.
Le défi pour les scientifiques à ce jour a été de réaliser SI-ice et la découverte de protons « on the hop » dans Ice VII a été faite par le professeur Niall English, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering avec son chercheur postdoctoral de l'époque, Dr Zdenik Futera, et co-auteur de l'article, Professeur John Tsé, L'Université de la Saskatchewan.
Professeur Niall English, École de génie chimique et des bioprocédés de l'UCD, mentionné, "Notre nouvelle découverte fondamentale implique l'application de champs électriques, qui induisent la séparation des protons de leurs molécules d'eau mères constitutives, et « la marelle protonique » de type Grotthuss d'une molécule d'eau à l'autre, déplacer le proton sur la chaîne suivante dans un jeu semblable aux chaises musicales, établissant ainsi un courant électrique ou un flux de charge.
Il ajouta, "Cela a des implications importantes pour l'hypothèse de glace VII dans divers corps planétaires et exo-planétaires, présentant des champs électriques permanents ou transitoires, comme les environs de Vénus et les lunes de Jupiter comme Europe (riche en eau), et, surtout, Ganymède."
"Ce développement de la chimie physique de la glace a le potentiel de conduire à une détection spectroscopique possible de phases exotiques de glace dans l'univers."
Les approches de simulation moléculaire sous-jacentes (hors équilibre) dans les champs électriques externes sont prometteuses en termes de leur utilisation potentielle dans la conception de matériaux de transport de charge supérieurs pour la physique des dispositifs à semi-conducteurs.
Dr Zdenik Futera, maintenant à l'Université de Bohême du Sud, République tchèque a dit, « En tirant parti des programmes de collaboration de recherche en cours avec le professeur John Tse, L'Université de la Saskatchewan, nous avons établi une bonne compréhension théorique de la manipulation moléculaire des champs électriques de la conduction des protons, ce qui contribue à notre connaissance microscopique du flux de charge."
Professeur John Tsé, Département de physique et génie physique, L'Université de la Saskatchewan, mentionné, "Notre travail élucide les origines atomistiques et électroniques du comportement du SI dans Ice VII, qui imite les récentes expériences d'ondes de choc laser de Ice XVIII par Millot et ses collègues publiées dans La nature il y a un an. Dans l'univers, on note que Vénus a un champ électrique permanent, dont on peut s'attendre à ce qu'elles influencent fortement le comportement microscopique de l'eau qui s'y trouve. »
"L'explication explique également pourquoi ces protons peuvent être vus sauter lorsqu'un champ électrique est appliqué. Ainsi, cette étude est en mesure de fournir une explication claire et cohérente à un problème auparavant déroutant :le « comment et pourquoi » de la fabrication de la glace superionique. »
Le professeur English a conclu, "Nous tenons à remercier le soutien et les installations de calcul haute performance fournis à l'UCD ainsi que la collégialité des praticiens visionnaires de la communauté mondiale de la physique des glaces."
