Observación del hielo plástico VII mediante dispersión de neutrones cuasielástica

Área de la Ciencia:

• Ciencias planetarias
• Física de la materia condensada
• La geofísica

Sus antecedentes:

• El agua es un componente crucial en los interiores planetarios, formando diversas fases bajo condiciones extremas.
• El hielo VII es una fase relevante para entornos de alta presión y alta temperatura como los que se encuentran en lunas heladas y planetas gigantes.
• Los modelos teóricos predicen una fase "plástica" del hielo VII, donde las moléculas exhiben posiciones similares a las sólidas y una rotación similar a la líquida, pero esto no se ha confirmado experimentalmente.

Objetivo del estudio:

• Observar y caracterizar experimentalmente la fase plástica prevista del hielo VII.
• Investigar la dinámica molecular y las propiedades estructurales del agua bajo condiciones de alta presión y temperatura relevantes para los interiores planetarios.

Principales métodos:

• Se realizaron mediciones de dispersión de neutrones casi elásticos en agua a temperaturas comprendidas entre 450 y 600 K y presiones de hasta 6 GPa.
• Las simulaciones de dinámica molecular se utilizaron para comparar los hallazgos experimentales con las predicciones teóricas y para analizar el comportamiento molecular.

Principales resultados:

• Se encontraron pruebas experimentales de una estructura cúbica centrada en el cuerpo consistente con el hielo VII.
• Las moléculas de agua dentro de esta estructura exhiben una dinámica de rotación de picosegundos, característica del agua líquida, confirmando la existencia de una fase plástica.
• Las simulaciones indicaron que el hielo plástico VII observado se comporta como una fase de rotor de salto en lugar de una fase de rotor libre, con saltos orientacionales rápidos.

Conclusiones:

• La observación experimental del hielo plástico VII proporciona evidencia directa de este estado exótico del agua.
• Este hallazgo tiene implicaciones significativas para la comprensión de la estructura interna, la geodinámica y los procesos de diferenciación de los cuerpos celestes helados.
• El estudio avanza nuestro conocimiento del comportamiento del agua en condiciones extremas, crucial para la ciencia planetaria y la astrofísica.