Международная группа физиков впервые экспериментально зафиксировала существование гексагональной плотноупакованной фазы льда — HCP. По данным работы, эта фаза становится доминирующей при давлениях свыше примерно 200 гигапаскалей и температурах порядка 1800–2000 K, в то время как ранее в этом диапазоне наблюдали только кубическую гранецентрированную упаковку кислородных слоёв, известную как лёд XVIII. Эти выводы указывают на переход к новой конфигурации атомов в кристаллической решётке воды.

Чтобы достигнуть таких экстремальных условий, учёные разместили образец воды в алмазной наковальне, что позволило создать большое давление в очень малом объёме. Образец дополнительно нагревали лазером, после чего структуру льда исследовали рентгеновской дифракцией на синхротроне. По измерениям, при давлении выше 200 ГПа и температуре около 2000 K формирование HCP становилось преобладающим. При промежуточных давлениях фиксировалась смесь двух структур — HCP и FCC.

Авторы поясняют, что вода может образовывать множество твёрдых фаз, различающихся расположением атомов в кристаллической решётке. HCP и FCC — это варианты плотной упаковки тех же атомов, а не отдельные разновидности ледяных кристаллов; речь идёт о разных состояниях вещества, возникающих под экстремальными давлениями и температурами.

В данных исследованиях показано, что слои кислорода способны укладываться не только в классическую последовательность ABCABC в кубической решётке, но и в ABAB-порядке, что и приводит к гексагональной структуре. Этот факт подтверждает существование HCP как отдельной фазы льда.

Открытие имеет важное значение для понимания внутреннего строения ледяных гигантов — Урана и Нептуна. Их глубинное устройство напрямую не наблюдают, поэтому учёные сопоставляют планетарные наблюдения с экспериментами и моделями. Новые данные позволяют точнее описывать поведение воды под давлением, характерным для мантии планет; предполагается, что на больших глубинах доминирует гексагональная фаза с иными механическими и электропроводностными параметрами, чем при кубической фазе. Теперь теоретикам предстоит рассчитать пластичность и электропроводность HCP-льда, а экспериментаторам — уточнить границы устойчивости обеих фаз.