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Experimental evidence for the existence of a second partially-ordered phase of ice VI

氷VIの第2の部分水素秩序化相の存在の実験的証拠

山根 崚*; 小松 一生*; 郷地 順*; 上床 美也*; 町田 真一*; 服部 高典; 伊藤 颯*; 鍵 裕之*

Yamane, Ryo*; Komatsu, Kazuki*; Gochi, Jun*; Uwatoko, Yoshiya*; Machida, Shinichi*; Hattori, Takanori; Ito, Hayate*; Kagi, Hiroyuki*

氷は、非常に多彩な構造多形を示す。これまで報告されていない新しい相に関して実験・理論両面から研究がなされている。水素の秩序-無秩序相に関して、現在知られているような一つの無秩序相に一つの秩序相があるのか、いくつかの秩序相がありえるのかが議論の的になっている。今回の研究で、氷VI相の第2の水素秩序相となる新しい相(氷XIX)を発見した。これは、無秩序相から、いくつかの異なる水素秩序相ができることを示している。このような多重性は他のすべての水素無秩序相にも起こりえるもので、氷の構造探査に新しい視点を与えるものである。このことによって、これまで謎だった問題:水素秩序相の中心対称性の存在や、(反)強誘電性誘起が明らかになる可能性がある。また究極的には、氷の高温高圧相図を完全に解明することにつながる。

Ice exhibits extraordinary structural variety in its polymorphic structures. The existence of a new form of diversity in ice polymorphism has recently been debated in both experimental and theoretical studies, questioning whether hydrogen-disordered ice can transform into multiple hydrogen-ordered phases, contrary to the known one-to-one correspondence between disordered ice and its ordered phase. Here we report a new high-pressure phase, ice XIX, which is a second hydrogen-ordered phase of ice VI. This is the first discovery to demonstrate that disordered ice undergoes different manners of hydrogen ordering. Such multiplicity can appear in all disordered ice, and it widely provides a new research approach to deepen our knowledge, for example of the crucial issues of ice: the centrosymmetry of hydrogen-ordered configurations and potentially induced (anti-)ferroelectricity. Ultimately, this research opens up the possibility of completing the phase diagram of ice.

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