Но, как сейчас впервые продемонстрировали исследователи, не только высокое давление может вызвать эту металличность в чистой воде.
Путем приведения чистой воды в контакт с электронообменным щелочным металлом — в этом случае можно добавить сплав натрия и калия — свободно движущиеся заряженные частицы, превращая воду в металлическую.
Полученная проводимость длится всего несколько секунд, но это значительный шаг к тому, чтобы понять эту фазу воды, изучая ее непосредственно.
«Вы можете увидеть фазовый переход в металлическую воду невооруженным глазом!»-сказал физик Роберт Зайдель из Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германии. -Серебристая натриево-калиевая капля покрывает себя золотистым сиянием, что очень впечатляет.»
При достаточно высоком давлении практически любой материал теоретически может стать проводящим. Идея заключается в том, что если сжать атомы достаточно плотно, орбитали внешних электронов начнут перекрываться, позволяя им перемещаться. Для воды это давление составляет около 48 мегабар — чуть меньше 48 миллионов земных атмосферных давлений на уровне моря.
Хотя давление, превышающее это, было создано в лабораторных условиях, такие эксперименты были бы непригодны для изучения металлической воды. Поэтому группа исследователей во главе с химиком-органиком Павлом Юнгвиртом из Чешской академии наук обратилась к щелочным металлам.
Эти вещества очень легко высвобождают свои внешние электроны, что означает, что они могут индуцировать обмен электронами в чистой воде под высоким давлением без высоких давлений. Есть только одна проблема: щелочные металлы сильно реагируют с жидкой водой, иногда даже до взрывоопасности.
Исследовательская группа нашла очень изящный способ решить эту проблему. Что, если вместо того, чтобы добавлять металл в воду, к металлу добавляют воду?
В вакуумной камере команда начала с выдавливания из сопла небольшого сгустка натриево-калиевого сплава, который является жидким при комнатной температуре, и очень осторожно добавила тонкую пленку чистой воды с помощью осаждения паром.
При контакте электроны и катионы металлов (положительно заряженные ионы) стекали в воду из сплава.
Это не только придавало воде золотистый блеск, но и делало ее проводящей — точно так же, как мы видим в металлической чистой воде при высоком давлении.
Это было подтверждено с помощью оптической спектроскопии отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Два свойства — золотой блеск и проводящая полоса — занимали два различных диапазона частот, что позволяло их четко идентифицировать.
В дополнение к тому, чтобы дать нам лучшее понимание этого фазового перехода здесь, на Земле, исследования могут также позволить тщательно изучить экстремальные условия высокого давления внутри больших планет.
Например, считается, что на ледяных планетах Солнечной системы — Нептуне и Уране — вращается жидкий металлический водород. И только на Юпитере давление считается достаточно высоким, чтобы металлизировать чистую воду.
«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода действительно может быть получена на Земле, но и характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее прекрасным золотистым металлическим блеском», — сказал Зайдель.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.