Van helium en water is bekend dat ze in het hele universum overvloedig aanwezig zijn, vooral in reuzenplaneten zoals Uranus en Neptunus. Hoewel helium doorgaans niet reageert onder normale atmosferische omstandigheden, eerdere studies hebben aangetoond dat het soms onder hoge druk kan reageren met andere elementen en verbindingen.

Onderzoekers van de Nanjing University en de University of Cambridge hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd naar de reactie tussen helium en water onder hoge druk, zoals die op andere planeten. In hun studie hebben te zien in Natuurfysica , ze onthulden twee voorheen onbekende soorten superionische toestanden, die ze SI-I en SI-II noemen. Superionische toestanden zijn in wezen fasen van materie waarin een verbinding tegelijkertijd zowel bepaalde eigenschappen van een vloeistof als een vaste stof kan vertonen.

"Helium is het meest inerte element in het periodiek systeem en wordt over het algemeen als niet-reactief beschouwd onder omgevingsomstandigheden, "Jian zon, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Echter, helium is gevonden reageren met sommige elementen en verbindingen onder hoge druk. We wilden begrijpen of helium en water met elkaar kunnen reageren onder hoge druk en de aard van de toestanden die kunnen ontstaan ​​onder planetaire omstandigheden."

In recente jaren, superionische staten zijn een onderwerp van belang geworden voor veel onderzoeksteams over de hele wereld. Een bekend voorbeeld van deze toestanden is superionisch water (of ijs), een fase van water die optreedt bij zeer hoge temperaturen en drukken waarbij waterstofatomen vrij kunnen bewegen en zuurstofatomen zijn gefixeerd in hun subrooster.

In hun studie hebben Sun en zijn collega's gebruikten berekeningen om aan te tonen dat helium (He) en water (H ₂ O) kan verschillende stabiele verbindingen vormen, die bestaan ​​in een breed scala aan drukomstandigheden (van 2-92 GPa). interessant, ze ontdekten dat bij hoge drukken en temperaturen, deze verbindingen kunnen superionische toestanden vormen die nog nooit eerder zijn waargenomen.

"We gebruikten eerst kristalstructuurzoekmethoden op basis van kwantummechanica om de meest stabiele helium-waterverbindingen onder hoge druk te ontdekken, "Chris Pickard, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde Phys.org. "Vervolgens voerden we uitgebreide ab initio moleculaire dynamica-simulaties uit bij hoge druk en temperatuur om de toestanden van deze verbindingen onder planetaire omstandigheden te onderzoeken."

Als laatste stap in hun studie, de onderzoekers analyseerden de superionische eigenschappen van helium-waterverbindingen op basis van de simulaties die ze uitvoerden. Dit stelde hen uiteindelijk in staat om voor elk van deze verbindingen een druk-temperatuurfasediagram te maken. Hun analyses van helium-waterverbindingen bij verschillende druk- en temperatuuromstandigheden onthulden de twee voorheen onbekende soorten superionische toestanden.

"In de eerste van deze staten, de heliumatomen vertonen vloeibaar gedrag binnen een vast ijsrooster, die we het SI-I noemden, "Richard Behoeften, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken was, vertelde Phys.org. "In de tweede fase zowel helium- als waterstofatomen bewegen op een vloeistofachtige manier binnen een vast zuurstofsubrooster, die we SI-II noemden. We ontdekten dat het inbrengen van helium de druk van superionische toestanden aanzienlijk verlaagt in vergelijking met zuiver water."

De bevindingen verzameld door Sun, Pickard, Behoeften en de rest van hun team kunnen verschillende praktische implicaties hebben. Bijvoorbeeld, ze kunnen ons huidige begrip van heliumverbindingen helpen verbeteren, het smeltproces van materie en de interne structuur van reuzenplaneten.

"We gaan nu andere heliumverbindingen bestuderen, vooral degenen die rechtstreeks verband houden met planetaire wetenschap, zoals ammoniak of methaan, " zei Sun. "We zijn op zoek naar onverwachte resultaten in het universum, wat enorme mogelijkheden biedt."

© 2019 Wetenschap X Netwerk