В лаборатории окончательно получен металлический водород⁠⁠

После 80-летних безуспешных поисков физикам, наконец, достоверно удалось получить металлический водород. Именно в такой форме он существует в недрах гигантских планет – и может использоваться в технологиях будущего.

Исаак Силвера (Isaac Silvera) и Ранга Диас (Ranga Dias) из Гарвардского университета использовали алмазные наковальни, создав сверхвысокое давление, превышающее давление в центре Земли. Это позволило сблизить атомы водорода в образце настолько тесно, что их электроны «обобществились» и стали двигаться по свободным траекториям, обеспечивая электропроводность и другие свойства металлов. О долгожданном событии авторы рассказывают в статье, опубликованной журналом Science.

Еще в 1935 г. физик и теоретик, будущий лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер предсказал, что при давлении выше 25 ГПа (250 тыс. атмосфер) молекулярный водород должен совершать фазовый переход и становиться металлическим. Такое давление в сотни раз выше, чем на дне Бездны Челленджера в Тихом океане, так что воспроизвести нужные условия долгое время не было никаких возможностей.

Более того, по мере развития физики и квантовой механики стало ясно, что металлический водород требует еще более высоких давлений: 400–500 ГПа, выше, чем в центре Земли. За последние 20 лет было сделано несколько сообщений о его получении в лаборатории, но данные экспериментов оказались не слишком надежными и не раз подвергались критике. Летом 2016 г. Исаак Силвера и его коллеги добились нужного перехода – но всего на доли секунды – и намерены были подтвердить достижение еще раз.

В новых экспериментах команде Силверы удалось получить давление 495 ГПа, сжав образец между заостренными и тщательно обработанными концами пары искусственных алмазов. Дополнительную прочность этой «наковальне» придало напыление из оксида алюминия, непроницаемого даже для мельчайших атомов водорода. Ученые зафиксировали, что при сравнительно низких давлениях образец водорода оставался прозрачным (и непроводящим), затем потемнел, а при 495 ГПа стал блестящим, отражая свет, как самый настоящий металл.

Dias & Silvera, 2017

Металлический водород интересует ученых с самых разных сторон. Его крайне интересно изучить, поскольку именно в этой форме водород существует в недрах крупных небесных тел, таких как Юпитер. Но он же может найти применение и на Земле – в качестве компонента нового поколения ракетного топлива и просто электроники. Теория предсказывает, что металлический водород должен быть высокотемпературным сверхпроводником, за которым так давно охотятся физики.

Более того, согласно некоторым моделям, металлический водород можно будет использовать в самых обычных условиях. Предполагается, что огромное давление требуется лишь для его образования, а впоследствии он сохранит это состояние даже при комнатной температуре и давлении в одну атмосферу. Выяснить это мы можем уже довольно скоро.

Источник

Статья в Science