Forschende entdecken Eis XXI – eine neue Eisform, die bei Raumtemperatur stabil bleibt
In einer bahnbrechenden Entdeckung haben Forschende eine neue Eisform erzeugt und identifiziert, die den Namen Eis XXI trägt und bei Raumtemperatur fest bleibt.
Diese einzigartige Eisphase wurde mit dem European X-Ray Free-Electron Laser (XFEL) nachgewiesen, dem weltweit größten Röntgenlaser mit Sitz in Schenefeld bei Hamburg.
Das Forschungsteam unter Leitung von Wissenschaftler*innen des KRISS (Korea Research Institute of Standards and Science) und DESY, dem Deutschen Elektronen-Synchrotron, setzte Wasser in einer Diamantstempelzelle extremen Drücken aus.
Unter einer Kompression von mehr als dem Zwanzigtausendfachen des Atmosphärendrucks der Erde wurde das Wasser zwischen zwei Diamanten gepresst.
Das Ergebnis war ein bemerkenswerter Übergang von einer hochdichten Eisstruktur zu einem noch kompakteren, sehr-hochdichten Zustand.
Bedeutung für die Weltraumforschung
Die Entdeckung könnte neue Einblicke in die Bildung von Eis auf fernen Himmelskörpern wie den eisigen Monden Titan und Ganymed liefern.
Eis XXI existiert in einem metastabilen Zustand, der es ihm ermöglicht, trotz ungünstiger Bedingungen für eine gewisse Zeit beständig zu bleiben.
Mit den schnellen Röntgenpulsen des XFEL nahm das Team Aufnahmen der Probe in Abständen von einer Mikrosekunde auf und konnte so den Eisbildungsprozess detailliert dokumentieren.
So war es den Forschenden möglich, die schrittweise Entwicklung und Veränderung der Eisstruktur unter verschiedenen Druckstufen genau zu verfolgen und festzuhalten.
Dem Rätsel der Eisbildung auf der Spur
Die Molekularstruktur von Wasser erlaubt eine Vielzahl fester Formen, weil sich seine Wasserstoffatome in kristallinen oder amorphen Mustern anordnen können.
Forschende haben bereits zahlreiche Wege entdeckt, wie Wasser unter Druck bei niedrigen Temperaturen – wenn sich die Moleküle langsamer bewegen – zu unterschiedlichen Eisarten wird. Bei höheren Temperaturen mit größerer kinetischer Energie erwarten sie hingegen weniger Varianten.
Die aktuellen Ergebnisse unterstreichen das facettenreiche Verhalten von Wasser im festen Zustand und eröffnen neue Möglichkeiten, die verschiedenen Eisphasen unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen zu untersuchen.
Solche Entdeckungen könnten zu einem tieferen Verständnis der Weltraumforschung und der Analyse eisiger Himmelskörper führen und unsere Herangehensweise an das Studium dieser fernen Welten grundlegend verändern.