Uma equipe internacional de pesquisadores da University College Dublin (UCD) e da University of Saskatchewan, Canadá, observaram movimento de 'salto de prótons' em uma forma de gelo de alta pressão (redes Ice VII).

Esse movimento pode estar presente em corpos planetários como Vênus, junto com Júpiter, Netuno e Urano, e suas luas; ou exoplanetas (planetas fora do Sistema Solar), mediada por campos elétricos externos.

Esta descoberta de condução elétrica no gelo tem o potencial de alterar e aprimorar nossa compreensão do comportamento e da dinâmica molecular do gelo de alta pressão no Universo, em todas as suas diferentes formas e ambientes variados.

A descoberta foi anunciada em um artigo científico intitulado "Possibilidade de Realizar Gelo Superiônico VII em Campos Elétricos Externos de Corpos Planetários, "acaba de ser publicado em Avanços da Ciência , um revisado por pares, multidisciplinar, periódico científico de acesso aberto.

O gelo de água comum é conhecido como Ice I, enquanto Ice VII é uma forma cristalina cúbica de gelo que pode ser formada a partir de água líquida acima de 3 GPa (30, 000 atmosferas), baixando sua temperatura para a temperatura ambiente, ou descomprimindo água pesada (D ₂ O) Gelo VI abaixo de 95 K.

O Ice VII tem uma estrutura simples de dois interpenetrantes, e efetivamente independente, sub-redes de gelo cúbico, e é estável em uma ampla região acima de 2 GPa. Dada a estrutura simples e estabilidade do Ice VII, sua importância como um candidato potencial para uma fase superiônica (SI) -ice, em que os átomos de oxigênio permanecem ordenados cristalograficamente enquanto os prótons se tornam totalmente difusivos como resultado da dissociação intramolecular, foi levantada a hipótese há algum tempo.

Além disso, estudos teóricos indicam possível prevalência de gelo SI em mantos de grandes planetas, como Urano e Netuno, e exoplanetas, ou aqueles que apresentam campos elétricos permanentes ou transitórios, como Vênus.

O desafio para os cientistas até o momento tem sido realizar SI-ice e a descoberta de prótons 'on the hop' em Ice VII foi feita pelo professor Niall English, Escola de Engenharia Química e de Bioprocessos da UCD com seu então pesquisador de pós-doutorado, Dr. Zdeněk Futera, e co-autor do artigo, Professor John Tse, University of Saskatchewan.

Professor Niall English, Escola de Engenharia Química e de Bioprocessos da UCD, disse, "Nossa nova descoberta fundamental envolve a aplicação de campos elétricos, que induzem a separação de prótons de suas moléculas de água-mãe constituintes, e 'amarelinha de prótons' tipo Grotthuss de uma molécula de água para a próxima, deslocando o próton na próxima cadeia em um jogo semelhante a cadeiras musicais, estabelecendo assim uma corrente elétrica ou um fluxo de carga. "

Ele adicionou, "Isso tem implicações importantes para a hipótese de Gelo VII em vários corpos planetários e exo-planetários, apresentando campos elétricos permanentes ou transitórios, como os arredores de Vênus e as luas de Júpiter, como Europa (rica em água), e, especialmente, Ganimedes. "

"Este desenvolvimento na físico-química do gelo tem o potencial de levar a uma possível detecção espectroscópica de fases exóticas do gelo no universo."

As abordagens de simulação molecular subjacentes (sem equilíbrio) em campos elétricos externos são promissoras em termos de seu uso potencial no projeto de materiais de transporte de carga superiores para a física de dispositivos de estado sólido.

Dr. Zdeněk Futera, agora na University of South Bohemia, A República Tcheca disse, "Aproveitando os programas de colaboração de pesquisa em andamento com o Professor John Tse, Universidade de Saskatchewan, estabelecemos uma boa compreensão teórica da manipulação molecular de campos elétricos da condução de prótons, o que contribui para o nosso conhecimento microscópico do fluxo de carga. "

Professor John Tse, Departamento de Física e Engenharia Física, Universidade de Saskatchewan, disse, "Nosso trabalho elucida as origens atomísticas e eletrônicas do comportamento SI em Ice VII, que imita os recentes experimentos de ondas de choque a laser de Ice XVIII por Millot e colegas de trabalho publicados em Natureza um ano atrás. No universo, notamos que Vênus tem um campo elétrico permanente, que pode ser esperado que influencie fortemente o comportamento microscópico de qualquer água nele. "

"A explicação também explica por que esses prótons podem ser vistos saltando quando um campo elétrico é aplicado. Assim, este estudo é capaz de fornecer uma explicação clara e consistente para um problema antes intrigante - o 'como e por que' tornar o gelo superiônico. "

Professor English concluiu, "Gostaríamos de agradecer o suporte de computação de alto desempenho e as instalações fornecidas pela UCD, bem como a colaboração de profissionais visionários na comunidade global de física do gelo."