Вода, единственный незаменимый ингредиент жизни, едва ли не самый универсальный материал на Земле. В зависимости от его температуры мы можем отапливать им наши дома, купаться в нем и даже надевать коньки и скользить по нему, и это лишь самые распространенные из его многочисленных форм. Однако под высоким давлением вода может принимать любую из более чем 15 различных форм.
Исследователи использовали рентгеновские лучи для диссоциации воды под высоким давлением с образованием твердой смеси - сплава - молекулярного кислорода и молекулярного водорода. Работа многопрофильной группы, в которую входят Рассел Хемли и Хо Кван Мао из Геофизической лаборатории Карнеги, опубликована в выпуске журнала Science от 27 октября.
Исследователи подвергли образец воды чрезвычайно высокому давлению - примерно в 170 000 раз превышающему давление на уровне моря (17 гигапаскалей) - с помощью алмазной наковальни и обработали его высокоэнергетическим рентгеновским излучением. В этих условиях почти все молекулы воды распались и снова образовали твердый сплав О2 и Н2. Рентгеновское излучение оказалось ключом к расщеплению связей OH в воде; без него вода оставалась в форме льда высокого давления, известной как лед VII - один из по крайней мере 15 таких вариантов льда, которые существуют в условиях высокого давления и переменных температур.
«Нам удалось добиться нужного уровня подводимой энергии рентгеновского излучения», - объяснил Хемли. «Чуть выше - и излучение имеет тенденцию проходить сквозь образец. Чуть ниже - и излучение в значительной степени поглощается алмазами в нашем аппарате для измерения давления».
Этот довольно узкий диапазон потребности в энергии объясняет, почему в сотнях предыдущих экспериментов с рентгеновским излучением высокого давления реакция пробоя не была обнаружена: в большинстве таких экспериментов, как правило, используется более мощное рентгеновское излучение. Эксперименты также требовали длительного многочасового облучения рентгеновскими лучами; таких длительных экспозиций раньше не предпринималось.
Исследователи испытали сплав на прочность, подвергая его различным давлениям, температурам и бомбардировке рентгеновским и лазерным излучением. Пока образец оставался под давлением, примерно в 10 000 раз превышающим атмосферное давление на уровне моря (1 гигапаскаль), он выдерживал это наказание. Хотя вещество явно представляет собой кристаллическое твердое вещество, необходимы дополнительные эксперименты, чтобы определить его точную кристаллическую структуру.
«Новая радиационная химия при высоком давлении была неожиданной», - сказала ведущий автор Венди Мао из Лос-Аламосской национальной лаборатории. «Новый сплав, содержащий несовместимые молекулы кислорода и водорода, будет материалом с высокой энергией».