Forskare har upptäckt en mer komplex atomär struktur i superjoniskt vatten, en form som troligen driver de magnetiska fälten hos Uranus och Neptunus. Detta exotiska tillstånd uppstår under extrema tryck och temperaturer och leder elektricitet som en partiell vätska inom en fast ram. Upptäckten, från labexperiment som efterliknar planetinteriörer, utmanar tidigare modeller och förfinar förståelsen av isjättar.
Vatten förändras dramatiskt under de intensiva förhållandena inne i jättelika planeter och blir superjoniskt – en fas där syreatomer bildar ett fast gitter medan väteisjoner rör sig fritt, vilket möjliggör elektrisk ledningsförmåga. Denna egenskap gör superjoniskt vatten till huvudmisstänkt för att generera de ovanliga magnetfälten runt Uranus och Neptunus, som hyser stora vattenreserver djupt inne. Forskare rapporterar nu att dess struktur är långt mer oordnad än tidigare trott, med en blandning av face-centered cubic-sektioner och hexagonalt tätt packade lager, vilket resulterar i en oregelbunden hybrid snarare än en enhetlig kristall. Tidigare studier föreslog enklare konfigurationer, som body-centered eller face-centered cubic-mönster för syreatomerna. Avancerade experiment har dock avslöjat verklighetens komplexitet. Med hjälp av instrumentet Matter in Extreme Conditions vid Linac Coherent Light Source i USA och High Energy Density-HIBEF-uppställningen vid European XFEL komprimerade teamen vatten bortom 1,5 miljoner atmosfärer och värmde det till tusentals grader Celsius. Röntgenlaserpulser fångade atomögonblicksbilder på femtosekunder och bekräftade att den blandade strukturen stämmer med sofistikerade simuleringar. Dessa fynd återspeglar mångfalden hos vanlig is fas, och belyser vattnets oförutsägbara natur under påfrestning. Resultaten stärker modellerna för isjättars utveckling, som kan vara vanliga i universet. Över 60 forskare från Europa och USA samarbetade, finansierade av den tyska forskningsstiftelsen och Frankrikes ANR. Studien publiceras i Nature Communications.