Китайские физики вырастили одномерные упругие кристаллы гексагонального льда толщиной от 800 нанометров до 10 микрометров. Их оказалось возможно обратимо растягивать больше, чем на 10 процентов, а механическое напряжение внутри изогнутого кристалла вызывало фазовый переход и превращало гексагональный лед в тригональный, пишут ученые в Science.

Водяной лед отличается широким разнообразием возможных кристаллических форм: в зависимости от температуры и давления он может превращаться в один из 17 типов кристаллов. Кроме кристаллических, также известны термодинамически неустойчивые и аморфные модификации льда, а также совсем необычные формы, например суперионный лед — особое состояние, в котором ионы кислорода образуют жесткую кристаллическую решетку, по которой свободно перемещаются ионы водорода.

Самая распространенная изо всех форм льда — гексагональный лед-I_h. Эта модификация устойчива при температурах до −200 градусов Цельсия и давлениях до 2 тысяч атмосфер. Одно из неотъемлемых свойств этой формы льда — его хрупкость. Даже сравнительно небольшое внешнее механическое воздействие приводит к тому, что кристалл льда раскалывается на части. Теоретические оценки предсказывают, что упругая деформация кристаллов гексагонального льда может превышать 10 процентов, но в реальности из-за дефектов кристаллической структуры она обычно не больше 0,1 процента.

Чтобы избавиться от дефектов, можно понизить размерность кристалла, например выращивать лед не в виде объемных кусков, а в форме плоских слоев или тонких нитей. Низкоразмерные кристаллы льда интересуют ученых в первую очередь из-за их необычной формы и в качестве объекта для изучения кинетики кристаллизации, однако их механические свойства привлекают значительно меньше внимания.

Китайские физики под руководством Лиминь Туна (Limin Tong) из Чжэцзянского университета вырастили одномерные кристаллы гексагонального льда-Ih микрометровой толщины на кончике вольфрамовой иглы с помощью электростатического поля с напряжением 2 киловольта. Такой метод использовали и раньше, но обычно кристаллизацию проводили при небольших отрицательных температурах — в районе −5 градусов Цельсия. На этот раз, чтобы подавить латеральный рост нити, физики решили кристаллизовать лед при температуре около −50 градусов Цельсия.