Os cientistas previram uma nova fase do gelo superiônico, uma forma especial de gelo que poderia existir em Urano, Netuno, e exoplanetas. Este novo tipo de gelo, chamada de fase P21 / c-SI, ocorre a pressões maiores do que as encontradas dentro dos gigantescos planetas de gelo do nosso sistema solar. A equipe da Universidade de Princeton fez essa descoberta usando recursos do National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC).

As simulações teóricas conduzidas no NERSC permitiram que a equipe modelasse estados de gelo superiônico que seriam difíceis de estudar experimentalmente. Eles simularam pressões além das pressões mais altas possíveis atualmente atingíveis no laboratório. As simulações preveem características específicas para este novo tipo de gelo, que podem ser usados ​​como assinaturas de gelo superiônico. A assinatura poderia algum dia ser usada por cientistas planetários para observar gelo superiônico em nosso sistema solar ou além.

Possivelmente residindo em planetas ricos em gelo em nosso sistema solar e além, O gelo superiônico é um tipo exótico de gelo que existe em alta temperatura e alta pressão. No gelo superiônico, as moléculas de água se dissociam em átomos carregados (íons), com os íons de oxigênio presos em uma estrutura sólida. Os pesquisadores da Universidade de Princeton conduziram um estudo abrangente sobre as diferentes fases pelas quais o gelo superiônico pode passar, olhando como a rede de oxigênio mudou e o hidrogênio líquido se moveu. Eles calcularam a condutividade iônica e difusividade de hidrogênio de cada fase. Eles descobriram que a condutividade iônica aumenta dramaticamente quando o gelo muda da fase sólida para a fase superiônica.

A mudança de condutividade é gradual ou abrupta dependendo da fase superiônica. Mudanças abruptas e graduais de condutividade também são observadas em materiais que podem ser superiônicos à pressão atmosférica. Por exemplo, uma mudança abrupta de condutividade é observada em iodeto de prata (AgI), enquanto uma mudança gradual de condutividade é observada em dissulfeto de chumbo (PbS2). O que é incomum no gelo superiônico é que esses dois tipos de mudanças de condutividade são observados no mesmo material em diferentes condições termodinâmicas. Os pesquisadores da Universidade de Princeton simularam o que aconteceria se a forma superiônica fosse submetida a pressões extremas, de 280 GPa a 1,3 TPa. Eles descobriram que o gelo tem fases concorrentes dentro de uma rede de oxigênio compacta. Conforme a pressão sobe, a estrutura compactada torna-se instável. A rede se transforma em uma nova fase incomum, que está associada a uma mudança gradual na condutividade iônica. A equipe também descobriu que a pressão mais alta diminui a temperatura necessária para que o gelo faça a transição para as fases superiônicas.