کشف یک نوع جدید «یخ» که آب نمی‌شود!

یخ، حتی اگر تنها از مولکول‌های آب تشکیل شده باشد، در اشکال مختلفی وجود دارد. دانشمندان تاکنون بیش از ۲۰ ساختار جامد یا «فاز» منحصربه‌فرد از یخ را شناسایی کرده‌اند که هر کدام دارای آرایش مولکولی خاص خود هستند. انواع مختلف یخ با اعداد رومی (مانند یخ I، یخ II، و یخ III) نام‌گذاری می‌شوند.

اکنون یک تیم بین‌المللی به رهبری دانشمندان مؤسسه تحقیقات استاندارد و علوم کره (KRISS)، یک فاز کاملاً جدید به نام یخ XXI را کشف کرده‌اند. این تیم با استفاده از تأسیسات پیشرفته اشعه ایکس در European XFEL و PETRA III، ساختار ناشناخته این یخ را ثبت و تجزیه و تحلیل کردند.

یخ XXI شبیه هیچ شکل دیگری از یخ که تاکنون مشاهده شده نیست. این یخ زمانی تشکیل می‌شود که آب مایع تحت فشردگی سریع قرار گیرد و چیزی را که دانشمندان آن را «آب فوق‌فشرده» می‌نامند، در دمای اتاق ایجاد می‌کند. این فاز، یک فاز نیمه‌پایدار (Metastable) است؛ به این معنی که این یخ در شرایطی می‌تواند سالم بماند که قاعدتا نوع دیگری از یخ باید در همان شرایط پایدارتر باشد. این کشف، اطلاعات جدید و ارزشمندی را در مورد نحوه رفتار و دگرگونی یخ تحت فشار شدید ارائه می‌دهد.

پیچیدگی یک مولکول ساده

آب یا H۲​O، با وجود اینکه فقط از دو عنصر تشکیل شده، پیچیدگی قابل توجهی را در حالت جامد خود نشان می‌دهد. بیشتر فازهای یخ در فشارهای بالا و دماهای پایین مشاهده می‌شوند. این تیم تحقیقاتی اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی تشکیل و تغییر فازهای مختلف یخ با فشار کسب کرده‌اند.

گون وو لی، دانشمند KRISS، توضیح می‌دهد که فشردگی سریع آب اجازه می‌دهد تا در فشارهای بالاتر همچنان مایع باقی بماند، در حالی که در آن فشارها قبلاً باید به یخ VI تبدیل شده باشد. یخ VI یک فاز به شدت جذاب است که گمان می‌رود در فضای داخلی ماه‌های یخی مانند تیتان و گانیمد وجود داشته باشد. ساختار بسیار تحریف‌شده آن ممکن است مسیرهای گذار پیچیده‌ای را ایجاد کند که منجر به فازهای یخ نیمه‌پایدار می‌شوند.

از آنجایی که بیشتر گونه‌های یخ فقط در شرایط بسیار سخت و تحت فشار زیاد وجود دارند، محققان شرایط فشار زیاد را با استفاده از سلول‌های سندان الماسی (Diamond Anvil Cells) ایجاد کردند. در این مورد، آب بین دو الماس قرار داده می‌شود که به دلیل سختی آن‌ها می‌توان از آن‌ها برای ایجاد فشار بسیار زیاد استفاده کرد. آب تحت فشار تا دو گیگاپاسکال مورد بررسی قرار گرفت که حدود ۲۰.۰۰۰ برابر فشار هوای معمولی است. این فشار باعث می‌شود یخ حتی در دمای اتاق نیز تشکیل شود، اما مولکول‌ها بسیار متراکم‌تر از یخ معمولی در کنار هم قرار بگیرد.