Hidrógeno metálico

Compresión de onda de choque, 1996editar

En marzo de 1996, un grupo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore informó que habían producido casualmente el primer hidrógeno metálico identificable durante aproximadamente un microsegundo a temperaturas de miles de kelvin, presiones de más de 100 GPa (1,000,000 atm; 15,000,000 psi), y densidades de aproximadamente 0,6 g/cm3. El equipo no esperaba producir hidrógeno metálico, ya que no estaba utilizando hidrógeno sólido, que se creía necesario, y estaba trabajando a temperaturas superiores a las especificadas por la teoría de la metalización. Estudios previos en los que el hidrógeno sólido se comprimía dentro de yunques de diamante a presiones de hasta 250 GPa (2,500,000 atm; 37,000,000 psi), no confirmaron la metalización detectable. El equipo había intentado simplemente medir los cambios de conductividad eléctrica menos extremos que esperaban. Los investigadores utilizaron un cañón de gas ligero de la década de 1960, originalmente empleado en estudios de misiles guiados, para disparar una placa de impacto en un recipiente sellado que contenía una muestra de hidrógeno líquido de medio milímetro de espesor. El hidrógeno líquido estaba en contacto con cables que conducían a un dispositivo que medía la resistencia eléctrica. Los científicos encontraron que, a medida que la presión aumentó a 140 GPa (1,400,000 atm; 21,000,000 psi), la brecha de banda de energía electrónica, una medida de resistencia eléctrica, cayó a casi cero. El intervalo de banda del hidrógeno en su estado sin comprimir es de aproximadamente 15 eV, lo que lo convierte en un aislante, pero, a medida que la presión aumenta significativamente, el intervalo de banda gradualmente cayó a 0,3 eV. Debido a que la energía térmica del fluido (la temperatura se convirtió en aproximadamente 3,000 K o 2,730 °C debido a la compresión de la muestra) estaba por encima de 0.3 eV, el hidrógeno podría considerarse metálico.

Otras investigaciones experimentales, 1996 – 2004editar

Muchos experimentos continúan en la producción de hidrógeno metálico en condiciones de laboratorio a compresión estática y baja temperatura. Arthur Ruoff y Chandrabhas Narayana de la Universidad de Cornell en 1998, y más tarde Paul Loubeyre y René Letoullec de Commissariat à l’Énergie Atomique, Francia en 2002, han demostrado que a presiones cercanas a las del centro de la Tierra (320-340 GPa o 3,200,000–3,400,000 atm) y temperaturas de 100-300 K (−173–27 °C), el hidrógeno todavía no está un verdadero metal alcalino, debido a la brecha de banda no nula. La búsqueda para ver hidrógeno metálico en el laboratorio a baja temperatura y compresión estática continúa. También se están realizando estudios sobre deuterio. Shahriar Badiei y Leif Holmlid de la Universidad de Gotemburgo han demostrado en 2004 que los estados metálicos condensados hechos de átomos de hidrógeno excitados (materia de Rydberg) son promotores efectivos del hidrógeno metálico.

Experimento de calentamiento por láser pulsado, 2008Editar

El máximo teóricamente predicho de la curva de fusión (el requisito previo para el hidrógeno metálico líquido) fue descubierto por Shanti Deemyad e Isaac F. Silvera mediante el uso de calentamiento por láser pulsado. El silano molecular rico en hidrógeno (SiH
4) fue declarado metalizado y superconductor por M. I. Eremets et al.. Esta afirmación está en disputa y sus resultados no se han repetido.

Observación de hidrógeno metálico líquido, 2011editar

En 2011 Eremets y Troyan informaron de la observación del estado metálico líquido del hidrógeno y el deuterio a presiones estáticas de 260-300 GPa (2.600.000–3.000.000 atm). Esta afirmación fue cuestionada por otros investigadores en 2012.

Z machine, 2015editar

En 2015, los científicos de la Instalación de Energía Pulsada Z anunciaron la creación de deuterio metálico utilizando deuterio líquido denso, una transición de aislador eléctrico a conductor asociada con un aumento de la reflectividad óptica.

Observación reclamada de hidrógeno metálico sólido, 2016Editar

El 5 de octubre de 2016, Ranga Dias e Isaac F. Silvera de la Universidad de Harvard publicaron afirmaciones de evidencia experimental de que el hidrógeno metálico sólido se había sintetizado en el laboratorio a una presión de alrededor de 495 gigapascales (4,890,000 atm; 71,800,000 psi) usando una celda de yunque de diamante. Este manuscrito estuvo disponible en octubre de 2016, y posteriormente se publicó una versión revisada en la revista Science en enero de 2017.

En la versión preimpresión del papel, Dias y Silvera escriben:

Con el aumento de la presión observamos cambios en la muestra, pasando de transparente, a negro, a un metal reflectante, este último estudiado a una presión de 495 GPa… la reflectancia utilizando un modelo de electrones libres Drude para determinar la frecuencia plasmática de 30,1 eV a T = 5,5 K, con una densidad portadora de electrones correspondiente de 6.7×1023 partículas / cm3, en consonancia con las estimaciones teóricas. Las propiedades son las de un metal. Se ha producido hidrógeno metálico sólido en el laboratorio.

– Dias & Silvera (2016)

Silvera declaró que no repitieron su experimento, ya que más pruebas podrían dañar o destruir su muestra existente, pero aseguró a la comunidad científica que se avecinan más pruebas. También declaró que la presión eventualmente se liberaría, con el fin de averiguar si la muestra era metaestable (i. e., si persistiría en su estado metálico incluso después de que se liberara la presión).

Poco después de que la afirmación se publicara en Science, la división de noticias de Nature’s publicó un artículo que afirmaba que algunos otros físicos consideraban el resultado con escepticismo. Recientemente, miembros prominentes de la comunidad de investigación de alta presión han criticado los resultados reclamados, cuestionando las presiones reclamadas o la presencia de hidrógeno metálico a las presiones reclamadas.

En febrero de 2017, se informó que la muestra de hidrógeno metálico reclamado se perdió, después de que los yunques de diamante se rompieron entre sí.

En agosto de 2017, Silvera y Dias emitieron una errata para el artículo Científico, con respecto a los valores de reflectancia corregidos debido a las variaciones entre la densidad óptica de los diamantes naturales estresados y los diamantes sintéticos utilizados en su celda de yunque de diamante de precompresión.

En junio de 2019, un equipo de la Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (Comisión Francesa de Energía Atómica de Energías Alternativas &) afirmó haber creado hidrógeno metálico a alrededor de 425 Gpa utilizando una célula de yunque de diamante de perfil toroidal producida mediante mecanizado por haz de electrones

Experimentos con deuterio fluido en la Instalación Nacional de Ignición, 2018Editar

En agosto En 2018, los científicos anunciaron nuevas observaciones sobre la rápida transformación del deuterio fluido de una forma aislante a una forma metálica por debajo de 2000 K. Se encuentra un acuerdo notable entre los datos experimentales y las predicciones basadas en simulaciones cuánticas de Monte Carlo, que se espera que sea el método más preciso hasta la fecha. Esto puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los planetas gaseosos gigantes, como Júpiter, Saturno y exoplanetas relacionados, ya que se cree que tales planetas contienen una gran cantidad de hidrógeno metálico líquido, que puede ser responsable de sus poderosos campos magnéticos observados.