В недрах Урана и Нептуна может существовать ранее неизвестная форма материи, возникновение которой обусловлено экстремальным давлением и высокими температурами. К такому выводу пришли ученые из Института Карнеги Конг Лю и Рональд Коэн, чье исследование опубликовано в журнале «Nature Communications». Исследователи применили методы квантового моделирования и машинного обучения для изучения поведения гидрида углерода в условиях, характерных для глубоких слоев ледяных гигантов.
Моделирование охватывало диапазон давления от 500 до 3000 гигапаскалей, что в миллионы раз превышает земное атмосферное давление, при температуре от 4000 до 6000 кельвинов. В этих условиях соединение переходит в квазиодномерное суперионное состояние. В таком материале атомы углерода формируют жесткую гексагональную структуру, в то время как атомы водорода перемещаются внутри нее по строго определенным спиралевидным траекториям. Это отличает новую фазу от типичных суперионных проводников, где движение частиц в кристаллической решетке обычно носит хаотичный трехмерный характер.
Полученные данные позволяют расширить представления о внутреннем устройстве планет, которые астрономы относят к категории ледяных гигантов. Считается, что под их внешней атмосферой из водорода и гелия находятся слои «горячего льда», состоящего из воды, метана и аммиака. Экстремальные условия в этих регионах заставляют привычные соединения принимать экзотические формы. Направленное движение ионов водорода может оказывать прямое влияние на перенос тепла и электропроводность, что крайне важно для понимания механизмов генерации магнитных полей Урана и Нептуна.
Изучение подобных состояний вещества имеет значение не только для планетологии, но и для фундаментального материаловедения. На сегодняшний день обнаружено более шести тысяч экзопланет, и понимание физических процессов в их недрах необходимо для моделирования их эволюции. Авторы работы указывают, что даже простейшие химические элементы, такие как углерод и водород, в условиях сверхвысокого давления демонстрируют сложную упорядоченность, которая может быть использована при разработке новых материалов с заданными свойствами.
