Existence of ferroelectric ice in the universe

宇宙における強誘電体氷の存在

深澤 裕; 星川 晃範; 石井 慶信; Chakoumakos, B. C.*; Fernandez-Baca, J. A.*

Fukazawa, Hiroshi; Hoshikawa, Akinori; Ishii, Yoshinobu; Chakoumakos, B. C.*; Fernandez-Baca, J. A.*

強誘電体の氷は低温で安定構造として存在するのだろうか?この問題は固体物理の分野はもとより天文学の分野(例えば、冥王星に強誘電体の氷は存在するのか?)でも関心が高い。私たちは、中性子回折の研究から、最も少ないレベルの不純物のドープによって最大の強誘電体氷が形成される温度条件を見いだした。この発見は、強誘電体の氷が安定構造であることを明瞭に示している。したがって、本研究で見いだした温度条件を満たす宇宙空間において自然に発生した強誘電体の氷が存在するものと予見される。

Whether ferroelectric ice, named ice XI, exists in a stable low-temperature phase attracts much interest. This question arose as a condensed-matter issue, and became of interest in astronomy (e.g., does ice XI exist on Pluto?) because astronomical observations identified the existence of crystalline ice in our solar system. From neutron diffraction experiments, we found the temperature conditions for the transformation of the largest fraction of ice into ice XI using the lowest level of impurity dopant. The finding of bulk crystal of ordered structure firmly supports that ice XI is stable. This suggests the existence of naturally occurring ice XI at a narrow temperature range (57-66 K) in our solar system.