La glace XIX est la deuxième phase partiellement ordonnée par l’hydrogène de la glace VI, une forme de glace déjà connue qui existe à des pressions d’environ 1 GPa et à des températures comprises entre 130 et 355 K.
Illustration montrant la relation entre les cellules unitaires des glaces VI et XIX vues le long de leurs axes c, et les différences dans leurs motifs de diffraction, avec un code couleur rouge pour la glace XIX et bleu pour la glace VI. Crédit image : Université d’Innsbruck.
“Les différents types de glace se forment en fonction de la pression et de la température et ont des propriétés très différentes”, a déclaré le Dr Thomas Loerting de l’Institut de chimie physique de l’Université d’Innsbruck et ses collègues.
“En incluant la glace conventionnelle I, on connaissait jusqu’à présent 18 formes cristallines de glace, qui diffèrent par l’arrangement de leurs atomes.”
“Lorsque la glace I est fortement refroidie, les atomes d’hydrogène peuvent s’arranger périodiquement en plus des atomes d’oxygène si l’expérience est menée correctement.”
“En dessous de 73 K, cela peut conduire à la formation de ce qu’on appelle la glace XI, dans laquelle toutes les molécules d’eau sont ordonnées selon un modèle spécifique. De telles formes de glace ordonnée diffèrent des formes parentales désordonnées, notamment dans leurs propriétés électriques.”
En 2009, une équipe de chercheurs européens a produit une variante ordonnée par l’hydrogène de la glace VI, qui s’est retrouvée dans les manuels scolaires sous le nom de glace XV.
En modifiant le processus de fabrication, le Dr Loerting et ses collègues ont récemment réussi à créer une deuxième forme ordonnée de glace VI.
Pour ce faire, ils ont considérablement ralenti le processus de refroidissement et augmenté la pression à environ 2 GPa.
Cela leur a permis d’arranger les atomes d’hydrogène d’une deuxième manière dans le réseau d’oxygène et de produire la nouvelle forme de glace, appelée glace XIX.
“Nous avons trouvé des preuves claires à ce moment-là qu’il s’agit d’une nouvelle variante ordonnée, mais nous n’avons pas été en mesure d’élucider la structure cristalline”, a déclaré le Dr Loerting.
En utilisant ex situ calorimétrie et la diffraction de poudre de neutrons à haute résolution, les scientifiques ont étudié la structure cristalline de la glace XIX.
“Sur la base de la pratique courante, la disponibilité de la structure cristalline nous permet d’attribuer un numéro romain à cette phase de glace”, ont-ils déclaré.
“Suite à la dernière découverte de la phase superionique ice XVIII apparaissant à ultra-haute pression, nous ajoutons ice XIX au diagramme de phase de la glace dans la plage de pression intermédiaire polyvalente entre 0,5 et 2,0 GPa, dans laquelle 13 polymorphes de glace sont maintenant connus.”
“La glace XIX représente une phase ordonnée partageant la même topologie d’atomes d’oxygène avec son parent, la glace désordonnée VI, et son frère, la glace partiellement antiferroélectriquement ordonnée XV.”
“Lors du chauffage, la glace XIX se transforme en deux étapes, d’abord en glace XV au-dessus de 107 K, puis en glace VI à 128 K.”
Une autre équipe de physiciens, dirigée par le Dr Ryo Yamane de l’Université de Tokyo, a confirmé les résultats dans une expérience sous différentes conditions de pression.
Les résultats sont publiés dans deux articles du journal Nature Communications.
