Gli scienziati hanno predetto una nuova fase del ghiaccio superionico, una forma speciale di ghiaccio che potrebbe esistere su Urano, Nettuno, ed esopianeti. Questo nuovo tipo di ghiaccio, chiamata fase P21/c-SI, si verifica a pressioni maggiori di quelle che si trovano all'interno dei giganti pianeti di ghiaccio del nostro sistema solare. Il team della Princeton University ha fatto questa scoperta utilizzando le risorse del National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

Le simulazioni teoriche condotte al NERSC hanno permesso al team di modellare stati del ghiaccio superionico che sarebbero difficili da studiare sperimentalmente. Hanno simulato pressioni oltre le più alte pressioni possibili attualmente raggiungibili in laboratorio. Le simulazioni prevedono caratteristiche specifiche per questo nuovo tipo di ghiaccio, che potrebbero essere usati come firme del ghiaccio superionico. La firma potrebbe un giorno essere utilizzata dagli scienziati planetari per osservare il ghiaccio superionico nel nostro sistema solare o oltre.

Forse risiedendo su pianeti ricchi di ghiaccio nel nostro sistema solare e oltre, Il ghiaccio superionico è un tipo esotico di ghiaccio che esiste ad alta temperatura e alta pressione. Nel ghiaccio superionico, le molecole d'acqua si dissociano in atomi carichi (ioni), con gli ioni di ossigeno bloccati in un reticolo solido. I ricercatori della Princeton University hanno condotto uno studio completo sulle diverse fasi che può subire il ghiaccio superionico, osservando come è cambiato il reticolo dell'ossigeno e come si è mosso l'idrogeno liquido. Hanno calcolato la conduttività ionica e la diffusività dell'idrogeno di ciascuna fase. Hanno scoperto che la conduttività ionica aumenta notevolmente quando il ghiaccio passa dalla fase solida alla fase superionica.

Il cambiamento di conducibilità è graduale o brusco a seconda della fase superionica. Cambiamenti bruschi e graduali di conducibilità si osservano anche in materiali che possono essere superionici a pressione atmosferica. Per esempio, si osserva un brusco cambiamento di conduttività nello ioduro d'argento (AgI) mentre si osserva un graduale cambiamento di conduttività nel disolfuro di piombo (PbS2). Ciò che è insolito nel ghiaccio superionico è che questi due tipi di cambiamenti di conduttività sono osservati nello stesso materiale in diverse condizioni termodinamiche. I ricercatori della Princeton University hanno simulato cosa accadrebbe se la forma superionica fosse sottoposta a pressioni estreme, da 280 GPa a 1.3 TPa. Hanno scoperto che il ghiaccio ha fasi in competizione all'interno di un reticolo di ossigeno compatto. Man mano che la pressione sale, la struttura compatta diventa instabile. Il reticolo si trasforma in una nuova fase insolita, che è associato a un graduale cambiamento nella conduttività ionica. Il team ha anche scoperto che la pressione più alta abbassa la temperatura necessaria affinché il ghiaccio passi alle fasi superioniche.