Новое исследование Принстонского и Нью-йоркского городского университетов ставит под сомнение мнение, что атомная структура льда неотличима от жидкости. По крайней мере в случае с «аморфной» формой материала.

С помощью компьютерных симуляций специалисты показали, что молекулы воды в аморфном льде выстраиваются в ранее незамеченном порядке, отсутствующем в жидкости. Выводы проекта представлены в Physics Review Letters. Они могут объяснить любопытные свойства воды.

«Результаты предполагают, что аморфный лед не является просто замороженной жидкостью», — сказал Фаусто Мартелли из Принстонского университета.

Изначально исследователи знали, что быстрая заморозка, наблюдаемая, например, в открытом космосе, приводит к формированию необычного льда. В нем отсутствует привычная упорядоченная кристаллическая структура. Ученые рассматривали его как жидкость, чье движение предельно замедлилось.

Проект показал ошибочность этого мнения. Молекулы аморфного льда собираются в ранее неизвестную внутреннюю структуру, называемую беспорядочной гипероднородностью. Она находится между кристаллами и жидкостью.

«Существование таких крупномасштабных структурных связей раньше не учитывалось в полной мере. Именно этот вопрос мы хотели осветить в исследовании», — отметил соавтор проекта, профессор Сальваторе Торквато.

Авторы использовали компьютерную модель, отслеживающую поведение более 8 000 молекул воды, симулировав ее охлаждение до 80 К (-193°С). В таких условиях наблюдалось появление гипероднородной структуры, когда порядок присутствует на больших участках и отсутствует на мелких. Авторы пытаются объяснить аномалию тем, что, при сверхнизких температурах вода находится в 2 жидких фазах разной плотности. Определить переход между ними технически сложно, но исследование косвенно поддерживает гипотезу существования такого состояния.