Металлический водород

Газовые гиганты (например, Юпитер) могут содержать большие запасы металлического водорода – серый слой.

Ученые из Гарвардского университета сумели создать атомный металлический водород, возможность существования которого ранее была лишь предсказана теоретически. Открытие поможет ученым ответить на фундаментальные вопросы о природе материи, а сам материал может получить широкое применение, в том числе в качестве сверхпроводника, работающего при комнатной температуре. Сообщается в Harvard Gazette.

Физикам из Гарвардского университета якобы удалось получить в лаборатории металлический водород. В своей лаборатории физики наблюдали, как происходит превращение водорода из жидкого диэлектрика в жидкий металл. Чтобы довести вещество до такого состояния, его зажали между двух кончиков алмаза, размер которых не превышал 100 микронов, и нагрели с помощью коротких вспышек лазера, интенсивность которых каждый раз возрастала. Исследователи довели водород до температуры около 1900 градусов Цельсия и подвергли его давлению в 1,1-1,7 мегабар.

В результате, ученым, как им показалось, удалось зарегистрировать переход водорода в состояние жидкого металла. Это событие наблюдалось не напрямую, так как вещество переходит в другое состояние за доли секунды, а потом так же быстро разрушается. Вместо этого ученые наблюдали за изменением коэффициента пропускания и отражения.
В некотором смысле водород резко перешел из прозрачного, как стекло, состояния в состояние блестящего металла, который, как и медь или золото, отражал свет — комментирует один из авторов работы.

Научное сообщество скептически отнеслось к данной новости, ожидая повторного эксперимента.

Эксперимент физиков помогает объяснить, какие процессы могут происходить в недрах газовых гигантов. Кроме того, ученые предполагают, что в будущем металлический водород сможет быть использован в качестве ракетного топлива или как сверхпроводник, способный существовать в комнатной температуре.

На самом деле этот эксперимент далеко не первый и сенсационного в нем мало.

1996

Ливерморская национальная лаборатория сообщила, что в ходе исследований были созданы условия для металлизации водорода и получены первые свидетельства его возможного существования. Кратковременно (около 1 мс) было достигнуто давление более 100 ГПа ( 106 атм.), температура порядка тысяч градусов Кельвина при плотности вещества около 600 кг/м3. Поскольку предыдущие опыты по сжатию твердого водорода в ячейке с алмазными наковальнями до 250 ГПа не дали результата, целью эксперимента не было получение металлического водорода, но только изучение проводимости образца под давлением. Однако, по достижении 140 ГПа электрическое сопротивление практически исчезло. Ширина запрещенной зоны водорода под давлением составила 0.3 эВ, что оказалось сравнимо с тепловой энергией соответствующей 3000К и что свидетельствует о переходе «полупроводник — металл».
Так же в конце 90-х предпринимались попытки перевести водород в металлическое состояние статическим сдавливанием при низких температурах. А. Руофф и Ч. Нараяна (Корнеллский университет, 1998), П. Лоувьер и Р. Летуле (2002) последовательно приближались к давлениям, наблюдаемым в центре Земли (324-345 ГПа), но все же не наблюдали фазового перехода.

2008

Теоретически предсказанный максимум кривой плавления на фазовой диаграмме, указывающий на жидкую металлическую фазу водорода, был экспериментально обнаружен Ш. Деемьяд и И. Сильвера. Группа М. Ереметца заявила о переходе силана в металлическое состояние и проявление сверхпроводимости, но результаты не были повторены.

2011

В 2011 году было сообщено о наблюдении жидкой металлической фазы водорода и дейтерия при статическом давлении 260-300 ГПа., что вновь вызвало вопросы в научном сообществе.

2015

26 июня 2015 году в журнале Science была опубликована статья, в которой описан успешный эксперимент группы исследователей из Сандийских национальных лабораторий (США) совместно с группой из Ростокского университета (Германия) по сжатию жидкого дейтерия (тяжёлого водорода) с помощью Z-Машины до состояния, которое проявляет свойства металла.

Список публикаций (из Википедии):

  1. http://www.ng.ru/science/2017-01-27/100_metalhydro.html
  2. Wigner, E.; Huntington, H.B. On the possibility of a metallic modification of hydrogen (англ.) // Journal of Chemical Physics. — 1935. — Vol. 3, no. 12. — P. 764. — DOI:10.1063/1.1749590.
  3. Перейти к:1 2 Ranga P. Dias, Isaac F. Silvera Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen (англ.) // Science. — 2017-01-26. — P. eaal1579. — ISSN. — DOI:10.1126/science.aal1579.
  4. In, Geology. Scientists Have Finally Created Metallic Hydrogen, Geology IN. Проверено 28 января 2017.
  5. Ashcroft N. W. The hydrogen liquids (англ.) // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2000. — Vol. 12, no. 8A. — P. A129. — DOI:10.1088/0953-8984/12/8A/314.
  6. Bonev S.A., et al. A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first-principles calculations (англ.) // Nature. — 2004. — Vol. 431, no. 7009. — P. 669. — DOI:10.1038/nature02968. — arXiv:cond-mat/0410425.
  7. Babaev E., Ashcroft N. W. Violation of the London law and Onsager–Feynman quantization in multicomponent superconductors (англ.) // Nature Physics. — 2007. — Vol. 3, no. 8. — P. 530. — DOI:10.1038/nphys646. — arXiv:0706.2411.
  8. Babaev E., Sudbø A., Ashcroft N. W. A superconductor to superfluid phase transition in liquid metallic hydrogen (англ.) // Nature. — 2004. — Vol. 431, no. 7009. — P. 666. — DOI:10.1038/nature02910. — arXiv:cond-mat/0410408.
  9. Ashcroft, N.W. Metallic Hydrogen: A High-Temperature Superconductor? (англ.) // Physical Review Letters. — 1968. — Vol. 21, no. 26. — P. 1748. — DOI:10.1103/PhysRevLett.21.1748.
  10. N. A. Kudryashov, A. A. Kutukov, E. A. Mazur Critical temperature of metallic hydrogen at a pressure of 500 GPa (англ.) // JETP Letters. — 2016-12-14. — Vol. 104, fasc. 7. — P. 460–465. — DOI:10.1134/S0021364016190061.
  11. Weir S. T., Mitchell A. C., Nellis W. J. Metallization of fluid molecular hydrogen at 140 GPa (1.4 Mbar) (англ.) // Physical Review Letters. — 2004. — Vol. 76, no. 11. — P. 1860. — DOI:10.1103/PhysRevLett.76.1860.
  12. Nellis, W.J. Metastable Metallic Hydrogen Glass. Lawrence Livermore Preprint UCRL-JC-142360 (2001). — «minimum electrical conductivity of a metal at 140 GPa, 0.6 g/cm3, and 3000 K»
  13. Ruoff A. L., et al. Solid hydrogen at 342 GPa: No evidence for an alkali metal (англ.) // Nature. — 1998. — Vol. 393, no. 6680. — P. 46. — DOI:10.1038/29949.
  14. Deemyad S., Silvera I. F. The melting line of hydrogen at high pressures (англ.) // Physical Review Letters. — 2008. — Vol. 100, no. 15. — DOI:10.1103/PhysRevLett.100.155701. — arXiv:0803.2321.
  15. Eremets M. I., et al. Superconductivity in hydrogen dominant materials: Silane (англ.) // Science. — 2008. — Vol. 319, no. 5869. — P. 1506–9. — DOI:10.1126/science.1153282.
  16. Degtyareva O. Formation of transition metal hydrides at high pressures (англ.) // Solid State Communications. — 2009. — Vol. 149, no. 39-40. — DOI:10.1016/j.ssc.2009.07.022. — arXiv:0907.2128v1.
  17. Hanfland M., Proctor J., Guillaume C. L., et al. High-Pressure Synthesis, Amorphization, and Decomposition of Silane (англ.) // Physical Review Letters. — 2011. — Vol. 106, no. 9. — DOI:10.1103/PhysRevLett.106.095503.
  18. Eremets M. I., Troyan I. A. Conductive dense hydrogen (англ.) // Nature Materials. — 2011. — No. 10. — P. 927–931. — DOI:10.1038/nmat3175.
  19. Nellis W. J., Ruoff A., Silvera I. F. Has Metallic Hydrogen Been Made in a Diamond Anvil Cell? (англ.) // arxiv.org. — 2012. — arXiv:http://arxiv.org/abs/1201.0407.
  20. M. D. Knudson, M. P. Desjarlais, A. Becker, R. W. Lemke, K. R. Cochrane, M. E. Savage, D. E. Bliss, T. R. Mattsson, R. Redmer Direct observation of an abrupt insulator-to-metal transition in dense liquid deuterium (англ.) // Science. — 26 June 2015. — Vol. 348, no. 6242. — P. 1455-1460. — DOI:10.1126/science.aaa7471.
  21. http://www.nature.com/news/physicists-doubt-bold-report-of-metallic-hydrogen-1.21379
  22. http://www.forbes.com/sites/samlemonick/2017/01/27/theres-reason-to-be-skeptical-about-metallic-hydrogen/2/#476e559e5106
  23. https://nplus1.ru/news/2016/07/01/jupiter-part
  24. Silvera, Isaac F. Metallic Hydrogen: A Game Changing Rocket Propellant. NIAC SPRING SYMPOSIUM (27 марта 2012). — «Recombination of hydrogen atoms releases 216 MJ/kg Hydrogen/Oxygen combustion in the Shuttle releases 10 MJ/kg … density about 12-13 fold»  Проверено 13 мая 2012.

 

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *