L'étude, intitulée "Rich Proton Dynamics and Phase Behaviors of Nanoconfined Ices", a été publiée dans Nature Physics .

Ces découvertes, qui défient le comportement normal observé dans la vie quotidienne, recèlent un immense potentiel pour faire progresser notre compréhension des propriétés inhabituelles de l'eau dans des environnements extrêmes, comme au cœur de planètes de glace lointaines. Les implications de cette avancée scientifique majeure couvrent divers domaines, notamment les sciences planétaires, les sciences de l'énergie et l'ingénierie nanofluidique.

Dirigée par le professeur Zeng Xiaocheng, professeur directeur et titulaire de la chaire du Département de science et d'ingénierie des matériaux de CityU, l'équipe de recherche a utilisé des méthodes informatiques de pointe pour simuler les propriétés de l'eau et de la glace dans des conditions extrêmes.

Grâce au potentiel d’apprentissage automatique, à la recherche de structures cristallines, à la dynamique moléculaire intégrale et à la métadynamique, ils ont mené des simulations complètes d’eau monocouche et bicouche sous nanoconfinement. Ces simulations ont dévoilé une gamme de phénomènes intrigants, notamment la fonte bidimensionnelle (2D) de la glace en eau, le nouveau comportement de la glace, la division de l'eau et la dynamique des protons dans la nano-glace.

L’équipe de recherche a découvert 10 nouveaux états de glace en 2D, chacun présentant des caractéristiques uniques. Ils ont notamment identifié de la glace moléculaire 2D avec une configuration O-H-O symétrique, rappelant la glace 3D X la plus dense trouvée sur Terre. De plus, ils ont observé de la glace dynamique, partiellement ionique et plusieurs glaces superioniques. Étonnamment, ces états de glace 2D pourraient être produits à des pressions bien inférieures à celles de leurs homologues 3D avec une densité d'eau similaire, ce qui les rendrait plus accessibles dans des conditions de laboratoire.

Le professeur Zeng a souligné l'importance de ces découvertes, affirmant qu'elles représentent une nouvelle frontière dans la compréhension de la physique et de la chimie de l'eau et de la glace dans des conditions extrêmes, en particulier au cœur des planètes géantes de glace.

"Le potentiel de création de ces états uniques de division de la glace et de l'eau en laboratoire, y compris des glaces dynamiques, partiellement ioniques et superioniques à une pression plus basse qu'on ne le pensait auparavant, est particulièrement passionnant", a déclaré le professeur Zeng.

Explorer le comportement de l'eau et de la glace dans différentes conditions, en particulier lorsque l'on considère le nanoconfinement, est une tâche profondément complexe.

L’équipe de recherche a relevé ce défi grâce à un grand nombre de simulations de dynamique moléculaire et de dynamique moléculaire intégrale de chemin, générant un vaste ensemble de données. Extraire des informations significatives à partir de cette énorme quantité de données représentait un défi d'analyse de données important, nécessitant une exploration méticuleuse.

Ces découvertes ouvrent la voie à de futures recherches sur les mystères des planètes géantes de glace et sur les propriétés fondamentales de l’eau. La prochaine phase de cette recherche implique la validation expérimentale des prédictions informatiques et l'exploration d'applications pratiques.

Le professeur Zeng a exprimé son enthousiasme quant au potentiel de cette recherche pour approfondir notre compréhension de l'eau, de la glace et de la division de l'eau dans des environnements extrêmes, tout en ouvrant de nouvelles frontières dans les nanosciences et la recherche planétaire.