Физики изучают фазовое поведение суперионной воды

Понимание свойств суперионной воды имеет решающее значение для планетологии, но их трудно исследовать экспериментально или теоретически

0 399

Используя машинное обучение, группа физиков из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса с беспрецедентным разрешением изучила фазовое поведение суперионной воды — фазы воды, в которой водорода становятся жидкими, а атомы кислорода остаются твердыми на кристаллической решетке.

является доминирующей составляющей мантии Урана и Нептуна, и считается, что суперионная вода стабильна на глубинах, превышающих примерно одну треть радиуса этих планет — ледяных гигантов.

Хотя суперионная была постулирована более трех десятилетий назад, ее оптические свойства (она частично непрозрачна) и решетки кислорода были точно измерены только недавно, а многие свойства до сих пор не изучены.

Понимание ее свойств имеет решающее значение для планетологии, но их трудно исследовать экспериментально или теоретически.

Квантово-механическое моделирование суперионной воды традиционно ограничивалось коротким временем моделирования и небольшим размером системы, что приводило к значительной неопределенности в расположении фазовых границ, таких как линия плавления.

В новом исследовании ученые сделали скачок в своей способности обрабатывать системы больших размеров во времени, используя методы машинного обучения для изучения атомных взаимодействий на основе квантово-механических расчетов.

Затем исследователи использовали этот потенциал машинного обучения для управления молекулярной динамикой и позволили использовать передовые методы отбора проб свободной энергии для точного определения фазовых границ.

водорода легко диффундируют между суперионной и жидкой фазами. Показана суперионная граница раздела жидкость-ГЦК водной системы с 20 736 атомами при 100 ГПа и 3250 К (на кривой плавления). Атомы кислорода красные, а атомы водорода белые. Желтые, зеленые и синие линии показывают траектории трех атомов водорода во моделирования молекулярной динамики.

«Мы используем машинное обучение и методы свободной энергии, чтобы преодолеть ограничения квантово-механического моделирования и охарактеризовать диффузию водорода, суперионные переходы и фазовое поведение воды в экстремальных условиях», — сказал автор работы Себастьен Хамель.

Авторы обнаружили, что границы фаз, которые согласуются с существующими экспериментальными наблюдениями, помогают определить доли изолирующего льда, различных суперионных фаз и жидкой воды внутри планет — ледяных гигантов.

Смотрите также  Темная материя может быть старше, чем Большой Взрыв

«Наше количественное понимание суперионной воды проливает на внутреннюю структуру, эволюцию и магнитные поля планет, таких как и Нептун, а также на увеличивающееся количество обнаруженных ледяных экзопланет», — говорит Себастьен Хамель.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x