Un team internazionale di ricercatori dell'University College Dublin (UCD) e dell'Università del Saskatchewan, Canada, hanno osservato il movimento "proton-hopping" in una forma di ghiaccio ad alta pressione (reticoli Ice VII).

Tale movimento può essere presente in corpi planetari come Venere, insieme a Giove, Nettuno e Urano, e le loro lune; o esopianeti (pianeti al di fuori del Sistema Solare), mediato da campi elettrici esterni.

Questa scoperta della conduzione elettrica nel ghiaccio ha il potenziale per alterare e migliorare la nostra comprensione del comportamento e delle dinamiche molecolari del ghiaccio ad alta pressione nell'Universo, nelle sue diverse forme e nei vari ambienti.

La scoperta è stata annunciata in un articolo scientifico intitolato "Possibilità di realizzare il ghiaccio superionico VII nei campi elettrici esterni dei corpi planetari, " appena pubblicato in Progressi scientifici , una revisione paritaria, multidisciplinare, rivista scientifica ad accesso libero.

Il ghiaccio d'acqua ordinario è noto come Ice I, mentre Ice VII è una forma cristallina cubica di ghiaccio che può essere formata da acqua liquida superiore a 3 GPa (30, 000 atmosfere) abbassandone la temperatura a temperatura ambiente, o decomprimendo acqua pesante (D ₂ O) Ghiaccio VI sotto 95 K.

Ice VII ha una struttura semplice di due interpenetranti, ed effettivamente indipendente, sottoreticoli di ghiaccio cubico, ed è stabile in un'ampia regione al di sopra di 2 GPa. Data la semplice struttura e stabilità di Ice VII, la sua importanza come potenziale candidato per una fase superionica (SI)-ghiaccio, in cui gli atomi di ossigeno rimangono ordinati cristallograficamente mentre i protoni diventano completamente diffusivi a causa della dissociazione intramolecolare, ipotizzato da tempo.

Inoltre, studi teorici indicano la possibile prevalenza del ghiaccio SI nei mantelli dei grandi pianeti, come Urano e Nettuno, ed esopianeti, o quelli caratterizzati da campi elettrici permanenti o transitori, come Venere.

La sfida per gli scienziati fino ad oggi è stata quella di realizzare SI-ice e la scoperta dei protoni "on the hop" in Ice VII è stata fatta dal professor Niall English, UCD School of Chemical and Bioprocess Engineering con il suo allora ricercatore post-dottorato, Dott. Zdeněk Futera, e coautore della carta, Professor John Tse, Università del Saskatchewan.

Professor Niall inglese, Scuola UCD di ingegneria chimica e dei bioprocessi, disse, "La nostra nuova scoperta fondamentale riguarda l'applicazione di campi elettrici, che inducono la separazione dei protoni dalle molecole d'acqua che le costituiscono, e 'proton hopscotching' di tipo Grotthuss da una molecola d'acqua all'altra, spostando il protone sulla catena successiva in un gioco simile alle sedie musicali, stabilendo così una corrente elettrica o un flusso di carica."

Ha aggiunto, "Questo ha importanti implicazioni per l'ipotesi Ice VII in vari corpi planetari ed eso-planetari, caratterizzato da campi elettrici permanenti o transitori, come i dintorni di Venere e le lune di Giove come Europa (ricca d'acqua), e, specialmente, Ganimede."

"Questo sviluppo nella chimica fisica del ghiaccio ha il potenziale per portare a un possibile rilevamento spettroscopico di fasi esotiche di ghiaccio nell'universo".

Gli approcci di simulazione molecolare (non in equilibrio) sottostanti nei campi elettrici esterni sono promettenti in termini di potenziale utilizzo nella progettazione di materiali di trasporto di carica superiori per la fisica dei dispositivi a stato solido.

Dott. Zdeněk Futera, ora all'Università della Boemia meridionale, Repubblica Ceca ha detto, "Sfruttando i programmi di collaborazione di ricerca in corso con il professor John Tse, Università del Saskatchewan, abbiamo stabilito una buona comprensione teorica della manipolazione molecolare dei campi elettrici della conduzione dei protoni, che contribuisce alla nostra conoscenza microscopica del flusso di carica."

Professor John Tse, Dipartimento di Fisica e Ingegneria Fisica, Università del Saskatchewan, disse, "Il nostro lavoro chiarisce le origini atomistiche ed elettroniche del comportamento SI in Ice VII, che imita i recenti esperimenti di onde d'urto laser di Ice XVIII di Millot e collaboratori pubblicati in Natura un anno fa. Nell'universo, notiamo che Venere ha un campo elettrico permanente, che ci si può aspettare che influenzi pesantemente il comportamento microscopico di qualsiasi acqua su di esso."

"La spiegazione spiega anche perché questi protoni possono essere visti saltare quando viene applicato un campo elettrico. Quindi, questo studio è in grado di fornire una spiegazione chiara e coerente a un problema precedentemente sconcertante:il "come e perché" di rendere superionico il ghiaccio".

Il professor inglese ha concluso, "Vorremmo riconoscere il supporto e le strutture ad alte prestazioni fornite dall'UCD, nonché la collegialità dei professionisti visionari nella comunità globale della fisica del ghiaccio".