Ученые при помощи моделирования показали существование новых фаз соединения воды с гелием. Квантово-механическое моделирование из первых принципов указало на стабильность твердого вещества при высоких давлениях и температуре около 2000 кельвин, а также двух суперионных состояний при более высоких температурах.

В одной из суперионных фаз ведут себя подобно жидкости как атомы водорода, так и гелия. Одна из этих форм должна сохраняться при близком к атмосферному давлению, пишут авторы в журнале Nature Physics.

Суперионное состояние — это особая фаза материи, которая одновременно проявляет некоторые свойства и твердого вещества, и жидкости. Классическим примером является существующая при высоких давлениях и температурах форма обычной воды — суперионный лед, также называемый лед XVIII. В этом соединении ионы водорода могут свободно перемещаться внутри кристаллической решетки, образованной атомами кислорода.

Суперионное состояние льда можно сравнить с обычным металлом, так как оно обладает почти такой же высокой проводимостью, только вместо электронов за ток отвечают ионы водорода. Его существование впервые было теоретически предположено около 40 лет назад, но лишь в 1990-х начали появляться первые экспериментальные подтверждения.

Детальное строение кислородной кристаллической решетки этого вещества было получено https://www.nature.com/…6-019-1114-6 методами рентгенографии совсем недавно.

Суперионная фаза интересна как для фундаментальной науки, так и с точки зрения приложений. В частности, выдвигались идеи, что вещество в таком состоянии находится в недрах ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун. Теоретические оценки показывают, что между каменным ядром и внешними оболочками таких объектов могут складываться подходящие условия для образования суперионных фаз в смесях таких веществ, как вода, аммиак и метан.

С прикладной точки зрения изучение суперионного льда может способствовать развитию технологий накопления химической энергии. С химической точки зрения ионы водорода и лития похожи, поэтому суперионная проводимость и диффузия водорода представляет хорошую модель ионной проводимости в аккумуляторах.

Физики из Китая и Великобритании в новой работе теоретически исследуют свойства смеси гелия с водой при высоких давлениях.