Forskare förutspådde en ny fas av superionisk is, en speciell isform som kan finnas på Uranus, Neptunus, och exoplaneter. Denna nya typ av is, kallad P21/c-SI-fas, inträffar vid tryck som är större än de som finns inuti jätteisplaneterna i vårt solsystem. Princeton University -teamet gjorde denna upptäckt med hjälp av resurser vid National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

De teoretiska simuleringarna som utfördes vid NERSC lät teammodellen tillstånd av superionisk is som skulle vara svår att studera experimentellt. De simulerade tryck utöver det högsta möjliga trycket som för närvarande kan uppnås i laboratoriet. Simuleringarna förutsäger specifika egenskaper för denna nya typ av is, som kan användas som signaturer för superionisk is. Signaturen kan en dag användas av planetforskare för att observera superionisk is i vårt solsystem eller därefter.

Möjligen bosatt på isrika planeter i vårt solsystem och därefter, superionisk is är en exotisk typ av is som finns vid hög temperatur och högt tryck. I superionisk is, vattenmolekylerna dissocieras till laddade atomer (joner), med syrejonerna inlåsta i ett fast gitter. Forskarna från Princeton University genomförde en omfattande studie om de olika faserna som superionisk is kan genomgå, tittar på hur syregitteret förändrades och det flytande vätet rörde sig. De beräknade jonledningsförmågan och vätgasdiffusiviteten för varje fas. De fann att den joniska konduktiviteten ökar dramatiskt när isen ändras från den fasta fasen till den superioniska fasen.

Förändringen av konduktivitet är antingen gradvis eller abrupt beroende på den superioniska fasen. Plötsliga och gradvisa förändringar av konduktiviteten observeras också i material som kan vara superioniska vid atmosfärstryck. Till exempel, en abrupt förändring av konduktiviteten observeras i silverjodid (AgI) medan en gradvis konduktivitetsförändring observeras i blydisulfid (PbS2). Det som är ovanligt med superionisk is är att dessa två typer av konduktivitetsförändringar observeras i samma material vid olika termodynamiska förhållanden. Forskarna vid Princeton University simulerade vad som skulle hända om den superioniska formen utsattes för extremt tryck, från 280 GPa till 1,3 TPa. De upptäckte att isen har konkurrerande faser inom ett förpackat syrgitter. När trycket stiger, den förpackade strukturen blir instabil. Gitteret förvandlas till en ny ovanlig fas, vilket är förknippat med en gradvis förändring av jonisk konduktivitet. Teamet fann också att det högre trycket sänker temperaturen som är nödvändig för att isen ska övergå till superioniska faser.