Nowe efekty strukturalne w nowej strukturze lodu VII
01 03 2026
Artykuł naukowy autorstwa zespołów prof. Krzysztofa Woźniaka oraz dr. hab. Wojciecha Sławińskiego został opublikowany w czasopiśmie Acta Materialia. Badania dotyczą ukrytej złożoności deuterowanego lodu VII. Dzięki połączeniu metody funkcji rozkładu par (Pair Distribution Function, PDF) oraz modelowania metodą Reverse Monte Carlo (RMC) wysokociśnieniowych neutronowych danych proszkowych, autorzy określili strukturę atomową i molekularną nieuporządkowanego lodu VII. Rozkład średniej struktury lodu VII na indywidualne pozycje cząsteczek wody w sieci krystalicznej ujawnia, że cząsteczki D₂O są przesunięte wzdłuż kierunku wektora momentu dipolowego każdej z nich.
Współautorami pracy są: prof. Wojciech A. Sławiński* z naszego Wydziału, dr Grzegorz Łach z Wydziału Fizyki naszej Uczelni, dr Roman Gajda, dr Michał Chodkiewicz, dr Piotr Rejnhardt z zespołu prof. Woźniaka, prof. Mihails Arhangelskis z naszego Wydziału, dr Christopher J. Ridley ze STFC, Rutherford Appleton Laboratory, ISIS Neutron and Muon Source (Chilton, Wielka Brytania) oraz Spallation Neutron Source, Oak Ridge National Laboratory (USA), dr Craig L. Bull z ISIS (Chilton, Wielka Brytania) oraz EaStCHEM School of Chemistry, University of Edinburgh (Szkocja) oraz prof. Krzysztof Woźniak* z naszego Wydziału.
Uważa się, że lód VII odgrywa rolę w bogatych w wodę wnętrzach księżyca Jowisza Europy, księżyca Saturna Enceladusa oraz w innych ciałach planetarnych. Choć jego średnia, kubiczna struktura wydaje się trywialnie prosta, struktura lokalna ujawnia ukrytą złożoność. W strukturze tej indywidualne pozycje cząsteczek wody tworzących złożoną sieć poprzez wiązania wodorowe. Dzięki połączeniu metody funkcji rozkładu par (Pair Distribution Function, PDF) oraz modelowania Reverse Monte Carlo z danymi dyfrakcyjnymi z wysokociśnieniowego rozpraszania neutronów, określiliśmy strukturę atomowe i molekularne nieuporządkowanego lodu VII. Rozkład średniej struktury lodu VII na indywidualne pozycje cząsteczek wody w sieci krystalicznej ujawnia, że cząsteczki D₂O są przesunięte wzdłuż kierunku ich wektora momentu dipolowego. Uwzględnienie tego przesunięcia prowadzi do modelu strukturalnego, który dokładniej odtwarza odległości D–O oraz kąty D–O–D wyznaczone dla innych uporządkowanych struktur lodu.
Nasze wyniki są również wspierane przez obliczenia DFT, potwierdzające, że odchylenia cząsteczek wody od ich średnich pozycji krystalograficznych energetycznie stabilizują strukturę lodu VII. Otwiera to nowe perspektywy dla badań strukturalnych różnych form lodu i ich przemian fazowych, traktując je jako rozległe klastry cząsteczek o średniej strukturze periodycznej, lecz lokalnych strukturach pozbawionych symetrii.
W Materiałach Uzupełniających tej publikacji można również znaleźć krótkie filmy przedstawiające: – strukturę lodu VII uzyskaną w naszych badaniach, – zmiany średnich pozycji atomów tlenu w funkcji postępu procesu udokładnienia.
ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1359645425011267-mmc1.mp4
ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1359645425011267-mmc38.mp4
W. A. Sławiński*, G. Łach, R. Gajda, M. Chodkiewicz, P. Rejnhardt, M. Arhangelskis, C. J. Ridley, C. L. Bull, K. Woźniak*, Hidden complexity in D2O Ice VII, Acta Materialia, Volume 305, 15 February 2026, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121839
