Чистая вода — почти идеальный изолятор. Да, вода, встречающаяся в природе, проводит электричество, но это из-за содержащихся в ней примесей, которые растворяются в свободных ионах, позволяющих протекать электрическому току. Чистая вода становится «металлической» — электронно-проводящей — только при чрезвычайно высоких давлениях, за пределами наших нынешних возможностей для производства в лаборатории.
Но, как исследователи впервые продемонстрировали, не только высокое давление может вызвать эту металличность в чистой воде.
Приводя чистую воду в контакт с разделяющим электроны щелочным металлом — в данном случае сплавом натрия и калия — можно добавлять свободно движущиеся заряженные частицы, превращая воду в металлическую.
Результирующая проводимость сохраняется всего несколько секунд, но это значительный шаг на пути к пониманию этой фазы воды путем непосредственного ее изучения.
«Невооруженным глазом можно увидеть фазовый переход в металлическую воду!» сказал физик Роберт Зайдель из Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германии. «Серебристая капля натрия-калия покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет».
Исследовательская группа нашла очень изящный способ решить эту проблему. Что, если вместо того, чтобы добавлять металл в воду, к металлу была добавлена вода?
В вакуумной камере команда начала с того, что выдавила из сопла небольшую каплю натрий-калиевого сплава, который является жидким при комнатной температуре, и очень осторожно добавила тонкую пленку чистой воды с помощью осаждения из паровой фазы.
При контакте электроны и катионы металлов (положительно заряженные ионы) перетекали в воду из сплава.
Это не только придало воде золотистый блеск, но и сделало ее проводящей — так же, как мы должны видеть металлическую чистую воду под высоким давлением.
Это было подтверждено с помощью спектроскопии оптического отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Эти два свойства — золотой блеск и проводящая полоса — занимали два разных частотных диапазона, что позволяло их четко идентифицировать.
Помимо лучшего понимания этого фазового перехода здесь, на Земле, исследование может также позволить внимательно изучить условия экстремально высокого давления внутри больших планет.
На ледяных планетах Солнечной системы, например, Нептуне и Уране, считается, что жидкий металлический водород вращается. И только на Юпитере давление считается достаточно высоким, чтобы металлизировать чистую воду.
Перспектива возможности воспроизвести условия внутри планетарного колосса нашей Солнечной системы действительно впечатляет.
«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода действительно может быть произведена на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотым металлическим блеском», — сказал Зайдель .
Исследование опубликовано в журнале Nature .
