O pesquisador de Pós-doutorado, Filipe Matusalém, junto com a aluna de Doutorado Jéssica Santos Rego e o prof. Maurice de Koning do DFMC, publicaram o artigo “Plastic Deformation of Superionic Water Ices” na edição de 8 de novembro de 2022 dos Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), sendo também o destaque da capa.

O trabalho foca em fases cristalinas superiônicas da água, que são formas sólidas “exóticas” que existem apenas em temperaturas e pressões altíssimas (3000-5000 K, 200-500 GPa), muito além das condições existentes na Terra. A natureza “exótica” destas formas da água está ligada ao fato delas terem perdido o seu caráter molecular, usualmente indicado por “H₂O”. No lugar, os gelos superiônicos são caracterizados por íons de oxigênio que ocupam uma rede cristalina, enquanto os prótons fluem entre eles como um líquido. Apesar de não existir no nosso ambiente, existem fortes evidências que estas formas da água estão abundantes no Universo, como, por exemplo, nos planetas Netuno e Urano, conhecidos como os Gigantes de Gelo.

De fato, cogita-se que a presença de grandes quantidades deste gelo superiônico no interior destes planetas esteja ligada aos campos magnéticos anômalos dos mesmos, sendo não-dipolares e não-axiais. Estas características estão sendo ligadas às correntes elétricas carregadas pelo fluido protônico. No entanto, um outro elemento que está envolvido é o comportamento mecânico destes sólidos, em particular as suas propriedades de deformação plástica, mecanismo através do qual grandes massas de gelo superiônico possam escoar. Da mesma forma que este processo está envolvido na dinâmica das placas tectônicos e fenômenos de convecção no interior da Terra, também afeta a evolução interna dos Gigantes de Gelo.

O trabalho publicado no PNAS aborda exatamente estes processos nos gelos superiônicos. Usando uma combinação de cálculos quânticos baseados na teoria do funcional densidade (DFT) e a representação dos seus resultados em termos de uma rede neural para permitir simulações em larga escala, os pesquisadores descobriram que os gelos superiônicos escoam muito mais facilmente que antevisto na literatura. Enquanto, anteriormente, a maleabilidade do gelo superiônico era prevista de ser comparável ao do manto da Terra, os resultados novos indicam uma fluidez 10 ordens de grandeza maior. Além de contribuir para a compreensão fundamental das fases condensadas da água em geral, os resultados também fornecem mais um pedaço do quebra-cabeça específico das anomalias magnéticas de Netuno e Urano.

Os detalhes do estudo estão disponíveis no link: https://doi.org/10.1073/pnas.2203397119