Luego de treinta años de estudio, el hielo de agua superiónico pudo ser verificado experimentalmente en 2018.
Según los científicos, la superionicidad podría explicar el fuerte campo magnético de los interiores planetarios gigantes.
De igual manera, los investigadores se han preguntado qué ocurre con la Tierra, cuyos interiores también están sometidos a condiciones de presión y temperatura extremas.
Si bien la mayor parte del planeta es agua, rara vez existe hielo o agua autónoma en los interiores de la Tierra.
La unidad más común de agua es el hidroxilo, el que se asocia con los minerales que la albergan para transformarlos en minerales hidrosos.
Ahora, un grupo de investigadores descubrió que uno de estos minerales hidrosos también entra en una fase superiónica exótica, muy parecida al hielo de agua de los planetas gigantes.
“En el agua superiónica, el hidrógeno se desprende del oxígeno y se vuelve líquido, y se mueve libremente dentro de la red de oxígeno sólido. Del mismo modo, estudiamos un mineral hidrófilo de óxido de hierro-hidróxido (FeOOH), y los átomos de hidrógeno se mueven libremente en la red de oxígeno sólido del FeO2”, señaló el científico Jin Liu, que realizó la simulación computacional.
“Se convirtió en la fase superiónica por encima de unos 1700°C y 800.000 veces la presión atmosférica normal. Tales condiciones de presión y temperatura garantizan que una gran parte del manto inferior de la Tierra pueda albergar el mineral superiónico hidrogenado. Estas regiones profundas pueden tener ríos de protones, que fluyen a través de los sólidos”.
¿Cómo lo descubrieron?
El equipo llevó a cabo experimentos a altas temperaturas y presiones mediante una técnica de calentamiento por láser en una célula de yunque de diamante.
“Es un reto técnico reconocer el movimiento de los átomos de H experimentalmente; sin embargo, la evolución del enlace O-H es sensible a la espectroscopia Raman”, dijo el doctor Hu, uno de los autores principales.
“Así que seguimos la evolución del enlace O-H y captamos este estado exótico en su forma ordinaria”.
Descubrieron que el enlace O-H se ablanda bruscamente por encima de 73,000 veces la presión atmosférica normal, junto con un debilitamiento de ~55 por ciento de la intensidad del pico Raman del O-H.
“El ablandamiento y el debilitamiento de la unión O-H en condiciones de alta presión y temperatura ambiente solo puede considerarse un precursor del estado superiónico, ya que se requiere una temperatura elevada para aumentar la movilidad más allá de la celda unitaria”, señala el estudio.
En los materiales superiónicos se produce un cambio de conductividad evidente, lo que constituye una prueba sólida de superionización, según los autores.
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