Ett internationellt team av forskare från University College Dublin (UCD) och University of Saskatchewan, Kanada, har observerat 'protonhoppning' rörelse i en högtrycksform av is (Ice VII gitter).

Sådan rörelse kan finnas i planetkroppar som Venus, tillsammans med Jupiter, Neptunus och Uranus, och deras månar; eller exoplaneter (planeter utanför solsystemet), förmedlas av externa elektriska fält.

Denna elektriska lednings-i-is-upptäckt har potential att förändra och förbättra vår förståelse av beteendet och molekylära dynamiken för högtrycksis i universum, i alla dess olika former och varierade miljöer.

Upptäckten har tillkännagivits i en vetenskaplig uppsats med titeln "Possibility of Realizing Superionic Ice VII in External Electric Fields of Planetary Bodies, "har just publicerats i Vetenskapliga framsteg , en fackgranskad, tvärvetenskaplig, öppen tillgång vetenskaplig tidskrift.

Vanlig vattenis kallas Ice I, medan is VII är en kubisk kristallin form av is som kan bildas av flytande vatten över 3 GPa (30, 000 atmosfärer) genom att sänka temperaturen till rumstemperatur, eller genom att komprimera tungt vatten (D ₂ O) Ice VI under 95 K.

Ice VII har en enkel struktur av två mellanliggande, och effektivt oberoende, kubisk-is-undergaller, och är stabil över ett omfattande område över 2 GPa. Med tanke på Ice VII:s enkla struktur och stabilitet är dess betydelse som potentiell kandidat för en superionisk (SI) -isfas, där syreatomer förblir kristallografiskt ordnade medan protoner blir helt diffusiva till följd av intramolekylär dissociation, har antagits en tid.

Dessutom, teoretiska studier indikerar möjlig SI-isprevalens i stora planetmantlar, som Uranus och Neptunus, och exoplaneter, eller de som har permanenta eller övergående elektriska fält, som Venus.

Utmaningen för forskare hittills har varit att inse SI-is och upptäckten av protoner "på hopp" i Ice VII gjordes av professor Niall English, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering med sin dåvarande postdoktor, Dr Zdeněk Futera, och medförfattare av papper, Professor John Tse, University of Saskatchewan.

Professor Niall engelska, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering, sa, "Vår nya grundläggande upptäckt innebär tillämpning av elektriska fält, som inducerar protonseparation från sina ingående vattenmolekyler, och "protonhoppning" av Grotthuss-typ från en vattenmolekyl till nästa, förskjuta protonen på nästa kedja i ett spel som liknar musikstolar, och därigenom upprätta en elektrisk ström eller ett flöde av laddning. "

Han lade till, "Detta har viktiga konsekvenser för hypotesen Ice VII i olika planetariska och exo-planetära kroppar, med permanenta eller övergående elektriska fält, som Venus omgivning och Jupiters månar som (vattenrika) Europa, och, framförallt, Ganymedes. "

"Denna utveckling inom isens fysiska kemi har potential att leda till möjlig spektroskopisk detektion av exotiska isfaser i universum."

De underliggande (icke-jämviktiga) molekylära simuleringsmetoderna i externa elektriska fält är lovande när det gäller deras potentiella användning vid utformning av överlägsna laddningstransportmaterial för fysik i solid state-enheter.

Dr Zdeněk Futera, nu vid University of South Bohemia, Tjeckien sa, "Utnyttja pågående forskningssamarbetsprogram med professor John Tse, University of Saskatchewan, vi har etablerat en god teoretisk förståelse för elektriska fälts molekylära manipulation av protonernas ledning, vilket bidrar till vår mikroskopiska kunskap om laddningsflöde. "

Professor John Tse, Institutionen för fysik och teknikfysik, University of Saskatchewan, sa, "Vårt arbete belyser det atomistiska och elektroniska ursprunget för SI -beteende i Ice VII, som efterliknar de senaste laser-shockwave-experimenten med Ice XVIII av Millot och medarbetare publicerade i Natur ett år sedan. I universum, vi noterar att Venus har ett permanent elektriskt fält, som kan förväntas kraftigt påverka det mikroskopiska beteendet hos något vatten därpå. "

"Förklaringen redogör också för varför dessa protoner kan ses att hoppa med när ett elektriskt fält appliceras. Således, denna studie kan ge en tydlig och konsekvent förklaring till ett tidigare förbryllande problem - "hur och varför" för att göra isen superionisk. "

Professor engelska avslutade, "Vi vill erkänna det högpresterande datorstöd och de faciliteter som tillhandahålls vid UCD samt kollegialiteten hos visionära utövare i det isfysiska globala samhället."