Ученые установили рекорд по созданию кубических кристаллов льда

Москва, 21:16, 11 Июл 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Международная команда ученых установила новый рекорд по созданию кристаллов льда, которые имеют почти идеальное кубическое расположение молекул воды. Такая форма льда может существовать в самых холодных высотных облаках, но на Земле ее очень трудно воссоздать.

Исследователи считают, что это может улучшить наше понимание воды — одного из самых важных веществ для жизни на нашей планете.

Под микроскопом видно, что обычный водяной лед выполнен из кристаллов с гексагональной симметрией. Но с небольшим изменением того, как молекулы воды расположены во льду, кристаллы могут приобретать кубическую форму.

На протяжении десятилетий ученые пытались делать кубический лед в лабораториях, но поскольку кубическая форма нестабильна, удалось добиться того, что гибридные кристаллы составляли около 70% кубических и 30% гексагональных.

Чтобы сделать кубический лед, исследователи смешивали азот и водяной пар через сопла со сверхзвуковой скоростью. Когда газ расширялся, он охлаждался и образовывал капельки в сто тысяч раз меньше средней дождевой капли. Эти капли были сильно переохлаждены, что означает, что они были значительно ниже обычной температуры замерзания (0 градусов Цельсия). Фактически, капли оставались жидкими до примерно -48 градусов Цельсия, а затем замерли примерно через одну миллионную долю секунды.

Для измерения «кубичности» льда, образовавшегося в сопле, исследователи выполнили рентгенографические эксперименты на коаксиальном источнике света. Там они осветили капли с помощью высокоинтенсивного рентгеновского лазера из LCLS и записали дифракционную картину на рентгеновской камере. Они видели концентрические кольца на длинах волн и интенсивностях, которые указывали, что около 80% кристаллов составляют кубы.

Крайне низкие температуры и быстрое замораживание имели решающее значение для формирования кубического льда.

Тем не менее, в настоящее время ученым по-прежнему неизвестно, как вода замерзает на молекулярном уровне. Процесс производства кристаллов настолько быстр, что необходимо сложное оборудование, чтобы начать видеть, что происходит.