Новую необычную форму плоского двухслойного льда получили и тщательно исследовали физики из Рурского университета в Бохуме (Ruhr-Universit&aunl;t Bochum) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).
Для того чтобы заполучить нестандартную форму водяного льда, экспериментаторы объединились с теоретиками. Последние предсказали: двухслойный плоский лёд можно создать, зажав молекулы воды между двумя водоотталкивающими поверхностями. Однако опытные физики пошли немного другим путём.
Сначала они нанесли на платину тонкий слой углерода, который образовал лист графена (graphene). Поместив «конструкцию» в ультравысокий вакуум, на её поверхность налили небольшое количество воды. Затем температуру системы опустили до 125 кельвинов (напомним, что обычный лёд замерзает при 273 К).
При помощи методов низкоэнергетической электронной дифракции (LEED) и инфракрасной спектроскопии (IR-spectroscopy) экспериментаторы изучили структуру получившейся плёнки плоского льда. Для обсчёта результатов также был подключён суперкомпьютер: он позволил установить положение каждого отдельного атома.
Вид сверху. У двухслойного льда учёные обнаружили гексагональную симметрию (иллюстрация с сайта physorg.com).
Итак, плоский лёд представлял собой два слоя молекул воды. Они сформировали шестисторонние кольца немного большего размера, чем обычно. Каждая молекула H2O имела четыре водородные связи: три с молекулами из своего слоя и одну с представительницей соседнего.
Углы между атомами в молекуле H-O-H отличались от стандартного: образовалось как бы два новых типа молекул, у одних угол был больше, у других меньше обычного. «Это характерно для сдавленного льда», — поясняет один из исследователей доктор Грег Киммель (Greg Kimmel).
Подробнее о новом состоянии замороженной воды можно узнать из статьи, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.
Учёные полагают, что подобный опыт поможет лучше понять строение воды и гидрофобных поверхностей. Первое необходимо для дальнейшего исследования важных белковых структур (а именно их сворачивания), второе — также для создания лучших водоотталкивающих покрытий.
Сейчас физики пытаются выяснить, в каком температурном диапазоне сохраняется такое строение плоского льда и к чему приведёт нанесение дополнительного количества воды поверх первого слоя. Почитайте также об очень тонком тёплом льде и впервые полученных льде XV и пятиугольных кристаллах льда.