Superionic Water Ice : Bentuk Materi Baru yang Dapat Ditemukan di Uranus dan Neptunus
Berdasarkan laporan dari New York Times, para peneliti telah menciptakan bentuk baru dari air yang disebut es air superionik. Adapun dalam bentuk tersebut, air berperilaku seperti padatan dan cairan pada saat bersamaan. Normalnya, suatu senyawa akan tersusun dari molekul-molekul yang bermuatan total netral. Es air superionik mengandung fluida dari ion hidrogen yang bermuatan dan bergerak dalam kisi oksigen. Senyawa ini dibentuk dengan mengkompresi air di antara dua lapisan intan, lalu ditembakkan dengan sinar laser. Dengan cara itu, tekanan akan meningkat hingga jutaan kali dari tekanan atmosfer bumi dan temperaturnya juga naik hingga ribuan derajat. Eksperimen yang dilakukan menghasilkan bentuk es spesial, yang disebut es VII, yang berbentuk padatan pada suhu ruang. Pada laboratorium yang terpisah, gelombang sinar laser diberikan ke es hanya sekitar 10-20 nano detik, menghasilkan kondisi yang cukup ekstrem untuk membentuk air superionik. Perlakuan awal kompresi pada es memungkinkan para peneliti untuk mendorong es ke temperatur yang lebih tinggi sebelum menguap.
Kompresi dengan laser menyelesaikan semua proses (M. Millot/E. Kowaluk/J.Wickboldt/LLNL/LLE/NIF)
Kondisi ini telah diprediksi para saintis mulai dari tahun 1988 untuk dapat menghasilkan pembentukan es superionik. Simulasi numerik yang dilakukan dapat membuktikan keberadaan es superionik tersebut, tetapi masih dibutuhkan eksperimen untuk memastikan kebenarannya. Hasil penelitian dari es superionik telah dipublikasikan pada jurnal Nature Physics. Air sejenis ini tidak terdapat secara alami di Bumi, namun dapat ditemukan pada mantel planet yang memiliki banyak es seperti Neptunus dan Uranus yang memiliki kondisi atmosfer seperti keadaan eksperimen yang dilakukan oleh Millot dkk.
Salah satu anggota tim penelitian, Marius Millot, yang merupakan ahli fisika dari Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) di California mengatakan bahwa eksperimen ini sangat menantang dan ada sangat banyak hal yang dapat dipelajari dari data yang diperoleh. Waktu yang dihabiskan hanya untuk membuat pengukuran adalah dua tahun, ditambah dua tahun lagi untuk membangun metode dalam menganalisis data-data yang didapatkan pada eksperimen.
Penggambaran pergerakan ion hidrogen (pink) di dalam kisi kristal padat ion oksigen pada es air superionik (S Hamel/M Millot/J Wickboldt/LLNL/NIF)
Molekul air terbentuk dari dua atom hidrogen yang tersambung dengan satu atom oksigen dengan bentuk V. Gaya antar molekul yang relatif lemah menyebabkan air berbentuk cair pada suhu ruang. Ketika didinginkan hingga membeku, molekul-molekul air dengan gaya antarmolekul tersebut akan saling tarik menarik dan membentuk fasa padat, yakni yang kita kenal sebagai es. Pada air superionik, panas yang sangat kuat akan memutuskan ikatan di dalam molekul air, menghasilkan struktur kristal padat dari atom oksigen dan aliran inti atau ion hidrogen di antara kristal oksigen. Hal inilah yang menyebabkan air superionik memiliki bentuk padat dan cair pada saat bersamaan.
Dengan menangkap penampilan optik dari es, peneliti mampu menentukan bahwa ion lebih bergerak dibandingkan elektron di sekitar material, yang dibuktikan dari penampilannya yang buram, bukan mengkilap. Sekarang, setelah kita mengetahui bahwa es superionik benar-benar ada, kita dapat menjelaskan medan magnet Uranus dan Neptunus yang agak off-centre, sebuah perbedaan yang telah dikemukakan para peneliti sebagai akibat dari keberadaan es superionik di dalam mantel planet tersebut. Medan magnet memberikan informasi yang sangat krusial mengenai interior dan evolusi planet. Es superionik ini juga merupakan salah satu contoh penting mengenai bagaimana molekul berperilaku di bawah temperatur dan tekanan yang ekstrem. Lebih lanjutnya, kita juga dapat merancang material yang mempunyai sifat tertentu dengan memanipulasi cara molekul bereaksi.
Sumber: sciencemag.org
