Les physiciens de l’UNLV ont mis au point une nouvelle technique de chauffage au laser dans une cellule à enclume en diamant (photo ici) dans le cadre de leur découverte d’une nouvelle forme de glace. Crédit : Chris Higgins
Les découvertes pourraient avoir des implications pour notre compréhension des planètes lointaines riches en eau.
Les chercheurs du NLV ont découvert une nouvelle forme de glace, redéfinissant les propriétés de l’eau à haute pression.
L’eau solide, ou glace, est comme beaucoup d’autres substances en ce sens qu’elle peut former différents solides en fonction des changements de température et de pression, comme la formation de carbone diamant ou de graphite. Cependant, l’eau est exceptionnelle à cet égard car il existe au moins 20 formes solides de glace que nous connaissons.
Une équipe de scientifiques travaillant au laboratoire des conditions extrêmes de l’UNLV au Nevada a mis au point une nouvelle méthode pour mesurer les propriétés de l’eau sous haute pression. L’échantillon d’eau a d’abord été pressé entre les extrémités opposées de diamants – congelés en plusieurs cristaux de glace mélangés. La glace a ensuite été soumise à une technique de chauffage au laser qui l’a fait fondre temporairement avant de se reformer rapidement en un réseau de minuscules cristaux ressemblant à une poudre.
En augmentant progressivement la pression et en la faisant exploser périodiquement avec un faisceau laser, l’équipe a observé que la glace d’eau passe de la phase cubique bien connue, Ice-VII, à la phase intermédiaire et quaternaire nouvellement découverte, Ice-VIIt, avant de se déposer. à une autre étape bien connue, Ice-X.
Zach Grande, Ph.D. à l’UNLV. Taleb, qui a dirigé des travaux qui ont également montré que la transition vers Ice-X, lorsque l’eau durcit, se produit à des pressions beaucoup plus basses qu’on ne le pensait auparavant.
Bien qu’il soit peu probable que nous trouvions cette nouvelle phase de glace n’importe où sur Terre, il est probable qu’elle soit un composant commun dans le manteau terrestre ainsi que sur les grandes lunes et les planètes riches en eau en dehors de notre système solaire.
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans le numéro du 17 mars 2022 du magazine examen physique b.
Emporter
L’équipe de recherche s’efforçait de comprendre le comportement de l’eau à haute pression pouvant être présente à l’intérieur de planètes lointaines.
Pour ce faire, Grandi et un physicien de l’UNLV, Ashkan Salama, ont placé un échantillon d’eau entre les extrémités de deux diamants taillés circulairement appelés cellules d’enclume de diamant, une caractéristique standard dans le domaine de la physique des hautes pressions. Appliquer un peu de force sur le diamant a permis aux chercheurs de recréer des pressions aussi élevées que celles au centre de la Terre.
En comprimant un échantillon d’eau entre ces diamants, les scientifiques ont conduit les atomes d’oxygène et d’hydrogène dans une variété d’arrangements différents, y compris l’arrangement nouvellement découvert, Ice-VIIt.
Non seulement la technique de chauffage au laser, la première du genre, a permis aux scientifiques d’observer une nouvelle phase de glace d’eau, mais l’équipe a également découvert que la transition vers Ice-X s’est produite à des pressions près de trois fois inférieures à ce que l’on pensait auparavant – à 300 000 atmosphères au lieu de 1 million. Cette transition est un sujet très débattu dans la communauté depuis plusieurs décennies.
« Les travaux de Zach ont montré que cette transition vers l’état ionique se produit à des pressions beaucoup plus faibles qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré Salamat. « C’est la pièce manquante, et les mesures les plus précises sur l’eau dans ces conditions. »
Salamat a ajouté que les travaux recalibraient également notre compréhension de la formation des exoplanètes. Les chercheurs émettent l’hypothèse que la phase Ice-VIIt de la glace pourrait exister en abondance dans la croûte et le manteau supérieur des planètes projetées riches en eau en dehors de notre système solaire, ce qui signifie qu’elles pourraient avoir des conditions habitables.
Référence : « Transitions de symétrie pilotées par la pression dans H dense2O ice » par Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang et Jesse S. 17 mars 2022 Disponible ici examen physique b.
DOI : 10.1103/ PhysRevB.105.104109
Des collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont utilisé un grand supercalculateur pour simuler les réarrangements de liaisons, prédisant que les transitions de phase devraient se produire exactement là où elles ont été mesurées par des expériences.
Parmi les autres collaborateurs figurent les physiciens de l’UNLV Jason Stephen et John Boasfert, le minéralogiste de l’UNLV Oliver Chuner et des scientifiques du Laboratoire national d’Argonne et de l’Université de l’Arizona.