Войти
В отсутствие приложенного электрического поля ионы H + диффундируют в решетке O 2−. 
При приложении электрического поля ионы H + перемещаются к аноду. Замечательной характеристикой суперионного льда является его способность действовать как проводник. Суперионный вода, также называемая суперионный льда или лед XVIII является фазой из воды, которая существует при экстремально высоких температур и давлений. В суперионной воде молекулы воды распадаются, и ионы кислорода кристаллизуются в равномерно распределенную решетку, в то время как ионы водорода свободно плавают внутри кислородной решетки. Свободно подвижные ионы водорода делают суперионную воду почти такой же проводящей, как и обычные металлы, что делает ее суперионным проводником. Это одна из 19 известных кристаллических фаз льда. Суперионная вода отличается от ионной воды, которая представляет собой гипотетическое жидкое состояние, характеризующееся неупорядоченным супом из ионов водорода и кислорода.
Теоретически это предполагалось на протяжении десятилетий, но только в 1990-х годах появились первые экспериментальные доказательства существования суперионной воды. Первоначальные доказательства были получены в результате оптических измерений нагретой лазером воды в ячейке с алмазной наковальней и оптических измерений воды, подвергшейся воздействию чрезвычайно мощных лазеров. Первое убедительное свидетельство кристаллической структуры кислородной решетки в суперионной воде было получено в результате рентгеновских измерений воды, подвергшейся воздействию лазерного шока, о которых было сообщено в 2019 году.
Если бы он присутствовал на поверхности Земли, суперионный лед бы быстро распадался. В мае 2019 года ученые Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) смогли синтезировать суперионный лед, подтвердив, что он почти в четыре раза плотнее обычного льда. Теоретически суперионная вода присутствует в мантии планет-гигантов, таких как Уран и Нептун.
По состоянию на 2013 год предполагается, что суперионный лед может иметь две кристаллические структуры. Предполагается, что при давлениях, превышающих 50 ГПа (7 300 000 фунтов на квадратный дюйм), суперионный лед приобретет объемно-центрированную кубическую структуру. Однако при давлениях, превышающих 100 ГПа (15 000 000 фунтов на квадратный дюйм), предполагается, что структура сместится к более стабильной гранецентрированной кубической решетке.
Demontis et al. сделал первый прогноз для суперионной воды, используя моделирование классической молекулярной динамики в 1988 году. В 1999 году Cavazzoni et al. предсказал, что такое состояние будет существовать для аммиака и воды в условиях, подобных тем, которые существуют на Уране и Нептуне. В 2005 году Лоуренс Фрид возглавил команду Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, чтобы воссоздать условия формирования суперионной воды. Используя технику, включающую разбивание молекул воды между алмазами и перегрев их с помощью лазеров, они наблюдали частотные сдвиги, которые указывали на то, что произошел фазовый переход. Команда также создала компьютерные модели, которые показали, что они действительно создали суперионную воду. В 2013 году Хью Ф. Уилсон, Майкл Л. Вонг и Буркхард Милитцер из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали статью, в которой предсказывалась структура гранецентрированной кубической решетки, которая возникнет при более высоких давлениях.
Дополнительные экспериментальные доказательства были обнаружены Мариусом Миллотом и его коллегами в 2018 году, когда вода оказывалась под высоким давлением между бриллиантами, а затем подвергалась воздействию электрошока с помощью лазерного импульса.
В 2018 году исследователи из LLNL сжимали воду между двумя кусками алмаза под давлением 2500 МПа (360 000 фунтов на квадратный дюйм). Вода была выдавлена в лед типа VII, который на 60 процентов плотнее обычной воды.
Затем сжатый лед был доставлен в Университет Рочестера, где он был взорван импульсом лазерного света. Реакция создала условия, подобные тем, которые существуют внутри ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун, за счет нагрева льда на тысячи градусов под давлением, в миллион раз превышающим земную атмосферу, всего за 10-20 миллиардных долей секунды. Эксперимент пришел к выводу, что ток в проводящей воде действительно переносится ионами, а не электронами, и, таким образом, указывает на то, что вода является суперионной. В более поздних экспериментах той же команды Ливерморской национальной лаборатории использовалась рентгеновская кристаллография на каплях воды, подвергшихся лазерному удару, чтобы определить, что ионы кислорода входят в гранецентрированную кубическую фазу, которая была названа льдом XVIII и опубликована в журнале Nature в мае. 2019.
Предполагается, что планеты- ледяные гиганты Уран и Нептун содержат слой суперионной воды. Но есть также исследования, которые предполагают, что другие элементы, присутствующие внутри этих планет, особенно углерод, могут препятствовать образованию суперионной воды.
