氷XVII（氷17）の特性と合成

氷XVII（アイス・セブンティーン）は、2016年に報告された氷の結晶多形のひとつであり、常圧付近で準安定状態として存在する多孔質の構造を持つ氷です。この氷は、水素ハイドレートからゲスト分子である水素を抜き取るという特殊な手法によって合成されます。

合成方法と構造

氷XVIIは、まず氷Ih（六方晶氷）をオートクレーブ内で430 MPaの高圧水素環境にさらし、水素ハイドレートの高圧相であるC0相を合成することから始まります。その後、液体窒素温度で常圧まで回収し、110 Kの環境下で真空引きを行うことで、ケージ内の水素分子が除去され、氷XVIIが得られます。

中性子回折法による解析では、空間群はP6122に属し、25 Kにおける格子定数はa = 6.32849(14) Å、c = 6.05472(22) Åであることが報告されています。この構造は完全な水素無秩序状態にあり、配向秩序相は現時点では観測されていません。また、氷XVIIは再び水素圧力下にさらすことで水素を再充填できるほか、ネオンや酸素などの他のガス分子をケージ内に取り込むことも可能です。

氷XVIIを経由した積層不整のない氷Icの作製

氷Ic（立方晶氷）はダイヤモンド格子構造を持つ氷ですが、従来の手法では積層不整（スタッキング・ディフェクト）を完全に排除することが困難でした。2020年、研究チームは氷XVIIを加熱するプロセスを通じて、積層不整が極めて少ない高純度な氷Icを作製することに成功しました。この方法で得られた氷Icは、180 K付近から徐々に氷Ihへと転移し始め、220 Kまでには不可逆的に完全な氷Ihへと変化することが確認されています。