Pierfranco Demontis disse em 1988: “O gelo se torna um condutor de íons rápidos em alta pressão e altas temperaturas”, mas sua previsão era apenas hipotética até recentemente. Após 30 anos de estudo, o gelo de água superiônico foi verificado experimentalmente em 2018. A superionicidade pode, eventualmente, explicar o forte campo magnético em interiores planetários gigantes.
E quanto à Terra, cujo interior também está sob condições extremas de pressão e temperatura? Embora três quartos da superfície da Terra sejam cobertos por água, água ou gelo isolados raramente existem no interior da Terra. A unidade mais comum de água é a hidroxila, que está associada aos minerais hospedeiros para torná-los minerais hidratados. Aqui, um grupo de pesquisa liderado pelo Dr. Qingyang Hu, Dr. Duckyoung Kim e Dr. Jin Liu do Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão descobriu que um desses minerais hidratados também entra em uma fase superiônica exótica, semelhante ao gelo de água em planetas gigantes. Os resultados são publicados na Nature Geosciences.
“Na água superiônica, o hidrogênio será liberado do oxigênio e se tornará líquido, e se moverá livremente dentro da rede sólida de oxigênio. Da mesma forma, estudamos um óxido-hidróxido de ferro mineral hidratado (FeOOH), e os átomos de hidrogênio se movem livremente no sólido rede de oxigênio de FeO2 “, disse o Dr. He, que conduziu a simulação computacional.
“Ele se desenvolveu na fase superiônica acima de cerca de 1700 ° C e 800.000 vezes a pressão atmosférica normal. Essas condições de pressão e temperatura garantem que uma grande parte do manto inferior da Terra possa hospedar o mineral hidratado superiônico. Essas regiões profundas podem ter rios feitos de prótons, que fluir através dos sólidos. ” acrescentou o Dr. Kim.
Guiados por suas previsões teóricas, a equipe então tentou verificar esta fase superiônica prevista em FeOOH quente, realizando experimentos de alta temperatura e alta pressão usando uma técnica de aquecimento a laser em uma célula de bigorna de diamante.
“É tecnicamente desafiador reconhecer o movimento dos átomos de H experimentalmente; no entanto, a evolução da ligação O-H é sensível à espectroscopia Raman”, disse o Dr. Hu, um dos autores principais. “Então, rastreamos a evolução do vínculo O-H e capturamos esse estado exótico em sua forma normal.”
Eles descobriram que a ligação O-H amolece abruptamente acima de 73.000 vezes a pressão atmosférica normal, junto com o enfraquecimento de ~ 55% da intensidade do pico Raman O-H. Esses resultados indicam que algum H + pode ser deslocado do oxigênio e tornar-se móvel, enfraquecendo a ligação O-H, consistente com as simulações. “O amolecimento e o enfraquecimento da ligação O-H em condições de alta pressão e temperatura ambiente só podem ser considerados como um precursor do estado superiônico porque a alta temperatura é necessária para aumentar a mobilidade além da célula unitária”, explicou o Dr. Hou.
Em materiais superionicos, haverá uma mudança óbvia de condutividade, que é uma evidência robusta de superionização. A equipe mediu a evolução da condutividade elétrica da amostra em condições de alta temperatura e pressão. Eles observaram um aumento abrupto na condutividade elétrica em torno de 1500-1700 ° C e 121.000 vezes a pressão atmosférica normal, indicando que o hidrogênio difusivo cobriu toda a amostra sólida e, portanto, entrou em um estado superiônico.
“O FeO2Hx do tipo pirita é apenas o primeiro exemplo de fases superiônicas no manto inferior profundo”, observou o Dr. Liu, co-autor principal do trabalho. “É muito provável que o hidrogênio nos óxidos densos contendo hidrogênio recentemente descobertos que são estáveis sob as condições de alto P-T do manto inferior profundo, como fases hidratadas densas, também possam exibir comportamento superiônico.”
Publicado em 15/03/2021 05h42
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