W ramach projektu BESSY II zespół badaczy z jedenastu różnych instytutów naukowych postanowił sprawdzić, czy da się stworzyć “metaliczną” (przewodzącą prąd) wodę w warunkach niskiego ciśnienia. Zamiast skupiać się na samym ciśnieniu, naukowcy postanowili wykorzystać w swoich eksperymentach metale alkaliczne.

Co do zasady, w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia, praktycznie każdy materiał może teoretycznie stać się przewodnikiem. Wynika to z tego, że jeżeli ściśniemy ze sobą atomy wystarczająco mocno, to siłą rzeczy orbity ich najbardziej zewnętrznych elektronów, tzw. elektronów walencyjnych zaczną się na siebie nakładać. W efekcie owe elektrony będą mogły przemieszczać się z orbity jednego atomu na orbitę innego. Mówimy tutaj jednak o bardzo wysokich ciśnieniach. W przypadku wody takim punktem są rejony 48 megabarów. Mówimy tutaj zatem o ciśnieniach ekstremalnych, niemal pięćdziesiąt milionów razy wyższym ciśnieniu niż na powierzchni Ziemi.

Czytaj także: Eksperymentalny materiał łamie wszelkie zasady. Jest niczym przewodząca plastelina

Chemicy z zespołu BESSY II pracujący pod kierownictwem Pavla Jungwirtha z Czeskiej Akademii Nauk postanowili sprawdzić, czy metale alkaliczne, które bardzo łatwo uwalniają swoje elektrony walencyjne, mogą sprawić, że w wodzie popłynie prąd. Zanim jednak doszło do eksperymentu, naukowcy musieli poradzić sobie z jednym ważnym ograniczeniem: metale alkalicznie gwałtownie reagują na kontakt z ciekłą wodą. Nieodpowiednie przygotowanie eksperymentu może doprowadzić nawet do eksplozji w momencie kontaktu metalu alkalicznego z wodą.

Naukowcy podeszli jednak do problemu kreatywnie. Zamiast dodawać metale alkaliczne do wody, postanowili w możliwie najdelikatniejszy sposób dodać wodę do metalu. W tym celu najpierw umieścili w specjalnie przygotowanej komorze próżniowej niewielką ilość stopu sodu i potasu, a następnie korzystając z metody osadzania parowego, nałożył na ten stop bardzo cienką warstwę czystej wody.

Wynik takiego działania był zaskakujący. Niemal natychmiast elektrony i kationy metalu przepłynęły ze stopu do wody, sprawiając, że ta przybrała złotawy, metaliczny kolor. Co jednak najciekawsze, woda znajdująca się na powierzchni stopu zaczęła przewodzić, choć jedynie przez kilka sekund, prąd elektryczny. Właściwości wody zostały tutaj potwierdzone kilkoma niezależnymi metodami spektroskopii.

Czytaj także: Przewodnik i izolator w jednym, a to wszystko dzięki ciśnieniu

Wnioski z tego badania mogą przydać się w zrozumieniu odległych planet Układu Słonecznego. Naukowcy uważają, że w naszym układzie planetarnym, tylko we wnętrzu Jowisza panuje wystarczająco wysokie ciśnienie, aby sprawić, że znajdująca się tam czysta woda może przewodzić prąd. Problem w tym, że nigdy nie zbudujemy sondy, która będzie w stanie się dostać w takie rejony wnętrza Jowisza i zbadać panujące tam warunki. Opisana jednak powyżej metoda jest w stanie odtworzyć część właściwości materii we wnętrzu największej planety Układu Słonecznego, bez konieczności wytwarzania ekstremalnie wysokiego ciśnienia. Dzięki temu naukowcy będą w stanie w warunkach laboratoryjnych zagłębiać się w miejsca dotychczas niedostępne.