Une équipe de recherche scientifique internationale a utilisé le spectromètre à neutrons avancé et d'autres installations de l'Institut Laue-Langevin en France pour observer pour la première fois la forme étrange de l'eau - "Plasticice VII" (Plasticice VII). L'étude de l'état plastique et de l'état superionique de l'eau peut aider les gens à mieux comprendre la structure interne et l'écoulement des glaciers de satellites glacés tels que Ganymède et Callisto, ainsi que de planètes glacées telles qu'Uranus et Neptune. L'article pertinent a été publié dans le dernier numéro du magazine Nature.
Source de l'image : Réseau d'organisations de physiciens
D’une manière générale, l’eau se présente sous trois formes fondamentales : solide, liquide et gazeuse. Mais en réalité, l’eau a bien d’autres formes, dont certaines n’apparaissent que sous des températures et des pressions élevées et sont appelées états exotiques. Il y a quinze ans, les scientifiques ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour prédire l'existence de la « glace plastique sept », et cette étude a été la première à observer expérimentalement cette forme.
L’état plastique est un état mixte qui possède des propriétés à la fois solides et liquides. Dans Plastic Ice Seven, les molécules d'eau forment un réseau cubique rigide - tout comme dans Ice Seven (une forme de glace cristalline cubique qui peut être formée à partir d'eau liquide au-dessus de 3 GPa après refroidissement à température ambiante), mais présentent en même temps un mouvement de rotation picoseconde dans l'eau liquide. Cette forme particulière apparaît dans un environnement à haute température de 177℃-327℃ et un environnement de pression de 0,1GPa-6GPa (1GPa=1 milliard de Pascal).
La technologie de diffusion quasi élastique des neutrons (QENS) a joué un rôle clé dans cette recherche. QENS peut détecter la dynamique de translation et de rotation des objets avec plus de précision que les autres technologies spectroscopiques. Grâce à QENS, l’équipe a identifié trois formes différentes que prend l’eau lorsque la température et la pression changent : l’eau liquide dans laquelle les molécules d’eau se déplacent à la fois en translation et en rotation ; glace solide dans laquelle la translation et la rotation sont gelées ; et "glace en plastique sept" au milieu. Dans Plastic Ice Seven, les molécules d'eau disposées dans une structure cristalline ordonnée perdent la capacité de se déplacer librement mais conservent la capacité de tourner.
Une analyse plus approfondie a montré que la dynamique moléculaire de Plastic Ice 7 pourrait être plus complexe que celle simulée initialement et que son mécanisme de rotation moléculaire diffère du comportement du rotor libre prédit précédemment. De plus, la transition de l'eau de « glace sept » à « glace plastique sept » est continue, ce qui signifie que « glace plastique sept » peut être le « prédécesseur » d'un autre état superionique qui existe à des températures et des pressions plus élevées.