p Pierfranco Demontis disse em 1988, "O gelo se torna um condutor de íons rápido em alta pressão e altas temperaturas, "mas sua previsão era apenas hipotética até recentemente. Após 30 anos de estudo, O gelo de água superiônico foi verificado experimentalmente em 2018. A superionicidade pode eventualmente explicar o forte campo magnético no interior de planetas gigantes. p E sobre a Terra, cujos interiores também estão sob condições extremas de pressão e temperatura? Embora três quartos da superfície da Terra sejam cobertos por água, água ou gelo autônomo raramente existe no interior da Terra. A unidade mais comum de água é hidroxila, que está associado a minerais hospedeiros para torná-los minerais hídricos. Aqui, um grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Qingyang Hu, Dr. Duckyoung Kim, e o Dr. Jin Liu do Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão descobriram que um desses minerais hídricos também entra em uma fase superiônica exótica, semelhante ao gelo de água em planetas gigantes. Os resultados são publicados em Geociências da Natureza .

p "Em água superionica, o hidrogênio será liberado do oxigênio e se tornará como um líquido, e mover-se livremente dentro da rede sólida de oxigênio. De forma similar, estudamos um óxido-hidróxido de ferro mineral hidratado (FeOOH), e os átomos de hidrogênio se movem livremente na rede sólida de oxigênio de FeO ₂ , "disse o Dr. Ele, quem conduziu a simulação computacional.

p "Ele se desenvolveu na fase superiônica acima de cerca de 1700 ° C e 800, 000 vezes a pressão atmosférica normal. Tais condições de pressão e temperatura garantem que uma grande parte do manto inferior da Terra possa hospedar o mineral hidratado superiônico. Essas regiões profundas podem ter rios feitos de prótons, que fluem através dos sólidos ", acrescentou o Dr. Kim.

p Guiados por suas previsões teóricas, a equipe então tentou verificar esta fase superiônica prevista em FeOOH quente, realizando experimentos de alta temperatura e alta pressão usando uma técnica de aquecimento a laser em uma célula de bigorna de diamante.

p "É tecnicamente desafiador reconhecer o movimento dos átomos de H experimentalmente; no entanto, a evolução da ligação O-H é sensível à espectroscopia Raman, "disse o Dr. Hu, um dos autores principais. "Então, rastreamos a evolução do vínculo O-H e capturamos esse estado exótico em sua forma normal. "

p Eles descobriram que a ligação O-H amolece abruptamente acima de 73, 000 vezes a pressão atmosférica normal, junto com o enfraquecimento de ~ 55% da intensidade do pico O-H Raman. Esses resultados indicam que alguns H ⁺ pode ser deslocado do oxigênio e se tornar móvel, portanto, enfraquecendo a ligação O-H, consistente com simulações. "O amolecimento e o enfraquecimento da ligação O-H em condições de alta pressão e temperatura ambiente só podem ser considerados como um precursor do estado superiônico porque a alta temperatura é necessária para aumentar a mobilidade além da célula unitária, "explicou o Dr. Hou.

p Em materiais superionicos, haverá uma mudança óbvia de condutividade, que é uma evidência robusta de superionização. A equipe mediu a evolução da condutividade elétrica da amostra em condições de alta temperatura e pressão. Eles observaram um aumento abrupto na condutividade elétrica em torno de 1500-1700 ° C e 121, 000 vezes a pressão atmosférica normal, indicando que o hidrogênio difusivo cobriu toda a amostra sólida e, portanto, entrou em um estado superiônico.

p "FeO do tipo pirita ₂ H _x é apenas o primeiro exemplo de fases superiônicas no manto inferior profundo, "observou o Dr. Liu, um co-autor principal do trabalho. "É muito provável que o hidrogênio nos óxidos densos contendo hidrogênio recentemente descobertos, que são estáveis ​​sob as condições de alto P-T do manto inferior profundo, como fases hídricas densas, também pode exibir comportamento superiônico. "