Ученые открыли новую фазу льда XXI при комнатной температуре

Международная группа ученых под руководством специалистов из Корейского института исследований и стандартов (KRISS) открыла и описала новую фазу льда, получившую название лед XXI. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.

Оптические изображения, измеренные одновременно с пятью типами P–t-кривых. Автор: Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02364-x

Эксперименты проводились на крупнейшем в мире рентгеновском лазере European XFEL и источнике высокоэнергетических фотонов PETRA III в DESY. Лед XXI структурно отличается от всех ранее наблюдаемых фаз льда. Он образуется при быстром сжатии воды до состояния сверхсжатой жидкости при комнатной температуре и является метастабильным — может существовать некоторое время, хотя другая форма льда была бы более стабильной в этих условиях.

Исследователи создавали условия высокого давления с помощью алмазных наковален, где вода помещалась между двумя алмазами. Вода изучалась под давлением до двух гигапаскалей, что примерно в 20 000 раз превышает нормальное атмосферное давление.

Чтобы наблюдать образование льда, ученые генерировали высокое давление в течение 10 миллисекунд со скоростью сжатия 120 гигапаскалей в секунду, а затем медленно снимали давление. Используя рентгеновские вспышки European XFEL, они делали снимки образца каждую микросекунду, создавая «фильмы» о формировании ледяной структуры.

Ученые определили, что лед XXI имеет тетрагональную кристаллическую структуру с неожиданно большими повторяющимися единицами.

«С помощью уникальных рентгеновских импульсов European XFEL мы раскрыли множественные пути кристаллизации в H₂O», — объясняет ученый KRISS Геун Ву Ли.

Открытие предлагает важные представления о формировании льда высокого давления и может пролить свет на состав ледяных лун, таких как Титан и Ганимед, где, как предполагается, присутствует лед VI.