شواهد این باور قدیمی که یخِ آب می تواند کاملا شیشه ای باشد را رد می کنند.

وقتی آب به سرعت در دمای بسیار پایین تر از صفر درجه سانتی گراد یخ می زند، یک جامد شیشه مانند بی نظم به نام یخ آمورف کم چگال low-density amorphous (LDA) به دست می آید. یخ LDA که در هسته های دنباله دارها و روی قمرهای یخی فراوان است، می تواند از طریق رسوب دهی بخار (vapor deposition) در آزمایشگاه تهیه شود. اما از زمان کشف آن در 90 سال پیش، ساختار آن در مقیاس اتمی مورد بحث باقی مانده است. اکنون میکائیل دیویس Michael Davies و همکارانش از کالج دانشگاهی لندن و دانشگاه کمبریج انگلستان نشان داده اند که این ساختار یک شیشه واقعی نیست، بلکه در عوض تا اندازه ای بلوری است [1]. این یافته که از شبیه سازی های عددی و نتایج آزمایشگاهی استنتاج شده، لزوم احتیاط در زمان شناسایی مواد شیشه ای را برجسته کرده و در مورد نظریه های ما درباره ماهیت بنیادی آب مایع سوالاتی را مطرح می کند.

در شبیه سازی های خود، پژوهشگران با آب مایع در دمای 300 درجه کلوین شروع کردند و آن را تا دمای 125 درجه کلوین با سرعتهای سرمایش مختلف، سرد کردند. "مکعب های یخ" به دست آمده، از ساختارهای بلوری کامل تا دانه های بلوری جا گرفته در یک ساختار حجیم آمورف، متغیر بودند. برای تعیین اینکه کدام یک از اینها، نمونه های یخ LDA ایجاد شده در رویکردهای آزمایشگاهی متفاوت را به بهترین شکل نشان داده اند، دیویس و همکارانش سپس الگوهای پراش پرتو ایکس را برای ساختارهای شبیه سازی شده خود محاسبه کردند. مقایسه الگوهای مصنوعی با نمونه های مشاهده شده نشان داد که مکعب های یخ با 19%-16% بلورینگی، بهترین تطابق را دارند.

پژوهشگران همچنین نمونه های یخ LDA خاص خود را آماده کردند. بعد از ساخت نمونه های متفاوت بسیار با استفاده از تکنیک های متنوع، آنها نمونه ها را از دمای پایین تشکیل LDA تا صفر درجه سانتی گراد گرم کردند، دمایی که در آن یک گذار به یخ بلوری انتظار می رفت. به طور قابل توجهی، نمونه ها ساختارهای بلوری ای را به خود گرفتند که کاملا همگن نبودند- که نشان دهنده حافظه ای از فاز والد آنهاست. این اثر حافظه ای نمی تواند از یک جَد کاملا آمورف ناشی شود و نشان می دهد که یخ LDA دربردارنده نواحی بلوری است. به گفته پژوهشگران هدف بعدی روشن کردن این است که آیا ساخت یک یخ کاملا آمورف امکان پذیر است یا خیر.

1. M. B. Davies et al., “Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains,” Phys. Rev. B 112, 024203 (2025).

منبع:

Amorphous Ice Is Partly Crystalline