Eis, das einem unvorstellbaren Druck ausgesetzt ist, könnte schließlich wie ein Metall Elektrizität leiten.
Das Eis unseres Alltags besitzt eine gut bekannte Struktur: Wassermoleküle ordnen sich in einem festen Gitter an. Wenn der Druck jedoch enorm ansteigt, können die Atome ihre Anordnung verändern. Forschende kennen bereits zahlreiche Eisformen, die sich stark von dem Eis in unseren Gefrierfächern unterscheiden.
Symbolbild: Pixabay
Ein Team untersuchte mithilfe von Berechnungen, was bei noch höheren Drücken geschehen könnte. Dazu verwendeten die Forschenden Simulationen, die das Verhalten von Atomen und Elektronen beschreiben, um Strukturen zu finden, die stabil bleiben können.
Die Berechnungen sagen zunächst ab etwa 300 GPa eine neue Anordnung voraus, also bei fast dem Dreimillionenfachen des Atmosphärendrucks. Eine zweite Struktur würde anschließend bei etwa 2.120 GPa stabil werden. In dieser bilden Sauerstoffatome eine besonders dicht gepackte kubische Anordnung.
Die erstaunlichste Veränderung würde ab etwa 2.600 GPa eintreten. Bei diesem Druck verschwindet den Berechnungen zufolge die Energielücke, die Elektronen normalerweise daran hindert, sich frei zu bewegen. Das Eis würde dann ein metallisches Verhalten annehmen und könnte Elektrizität leiten.
Alles spielt sich auf der Ebene der Sauerstoffatome ab. Unter einer derart starken Kompression kommen sie einander extrem nahe. Ihre Elektronen können dadurch miteinander wechselwirken, und diese Nähe würde die nahezu isolierende Eigenschaft des uns bekannten Eises verschwinden lassen.
Diese Drücke liegen weit über dem, was in gewöhnlichen Umgebungen erreicht werden kann. Sie könnten jedoch relevant sein, um die Materie tief im Inneren bestimmter Riesenplaneten zu verstehen.
Die vorhergesagte Phase muss noch experimentell bestätigt werden. Eis bei mehr als 2.600 GPa direkt herzustellen und zu beobachten, würde allerdings besonders schwer erreichbare Versuchsbedingungen erfordern.