Fémes hidrogén

Shock-wave compression, 1996

1996 márciusában a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium tudósainak egy csoportja arról számolt be, hogy az első azonosíthatóan fémes hidrogént körülbelül egy mikroszekundumon keresztül több ezer Kelvin hőmérsékleten, 100 GPA (1 000 000 atm; 15 000 000 psi) hőmérsékleten állították elő, és sűrűsége körülbelül 0,6 g/cm3. A csapat nem számított arra, hogy fémes hidrogént állít elő, mivel nem használt szilárd hidrogént, amelyet szükségesnek tartottak, és a fémezési elmélet által meghatározottnál magasabb hőmérsékleten dolgozott. Korábbi tanulmányok, amelyekben a szilárd hidrogént a gyémánt üllőkön belül 250 GPA (2 500 000 atm; 37 000 000 psi) nyomásig összenyomták, nem erősítették meg a kimutatható fémezést. A csapat egyszerűen arra törekedett, hogy megmérje a várt kevésbé szélsőséges elektromos vezetőképesség-változásokat. A kutatók egy 1960-as évekbeli könnyű gázpisztolyt használtak, amelyet eredetileg irányított rakétakísérletekben alkalmaztak, hogy egy ütközésmérő lemezt egy lezárt tartályba lőjenek, amely fél milliméter vastag folyékony hidrogént tartalmaz. A folyékony hidrogén érintkezésbe került az elektromos ellenállást mérő eszközhöz vezető vezetékekkel. A tudósok megállapították, hogy mivel a nyomás 140 GPa-ra (1 400 000 atm; 21 000 000 psi) emelkedett, az elektronikus energiasáv-rés, az elektromos ellenállás mértéke majdnem nullára esett. A hidrogén sávrése tömörítetlen állapotában körülbelül 15 eV, így szigetelő, de a nyomás jelentős növekedésével a sávrés fokozatosan 0,3 eV-ra csökkent. Mivel a folyadék hőenergiája (a hőmérséklet a minta összenyomódása miatt körülbelül 3000 K vagy 2730 Ft lett) 0,3 eV felett volt, a hidrogén fémesnek tekinthető.

egyéb kísérleti kutatások, 1996–2004

számos kísérlet folytatódik a fémes hidrogén előállításában laboratóriumi körülmények között, statikus kompresszió mellett és alacsony hőmérsékleten. Arthur Ruoff és Chandrabhas Narayana a Cornell Egyetemről 1998–ban, majd később Paul Loubeyre és Ren Letoullec a Commissariat−tól, a franciaországi (2002–ben), a franciaországi (320-340 GPa vagy 3,200,000-3,400,000 atm) nyomáson és 100-300 K (- 173-27 C) hőmérsékleten a hidrogén a Föld középpontjához közeli nyomáson (320-340 GPa vagy 3,200,000 atm) még mindig nem igazi alkálifém, a nem nulla Sávrés miatt. Folytatódik a fémhidrogén laboratóriumi vizsgálata alacsony hőmérsékleten és statikus kompresszió mellett. A deutériummal kapcsolatos tanulmányok is folyamatban vannak. Shahriar Badiei és Leif Holmlid a göteborgi Egyetemen 2004-ben kimutatták, hogy a gerjesztett hidrogénatomok (Rydberg-anyag) kondenzált fémállapotai hatékonyan elősegítik a fémhidrogént.

Pulsed laser heating experiment, 2008szerkesztés

az olvadási görbe elméletileg előre jelzett maximumát (a folyékony fémes hidrogén előfeltételét) Shanti Deemyad és Isaac F. Silvera fedezte fel pulzáló lézerfűtéssel. A hidrogénben gazdag molekuláris szilánt (SiH
4)M. I. Eremets et al.. Ezt az állítást vitatják, eredményeiket nem ismételték meg.

a folyékony fémes hidrogén megfigyelése, 2011 [szerkesztés]

2011–ben Eremets és Troyan arról számoltak be, hogy a hidrogén és a deutérium folyékony fémes állapotát 260-300 GPA (2 600 000-3 000 000 atm) statikus nyomáson figyelték meg. Ezt az állítást más kutatók 2012-ben megkérdőjelezték.

Z machine, 2015szerkeszt

2015-ben a Z impulzusos erőmű tudósai bejelentették a fémes deutérium létrehozását sűrű folyékony deutérium felhasználásával, amely az optikai visszaverő képesség növekedésével járó elektromos szigetelő-vezető átmenet.

azt állította, megfigyelése szilárd fémes hidrogén, 2016edit

On 5 október 2016, Ranga Dias és Isaac F. Silvera a Harvard Egyetem kiadott állítások kísérleti bizonyíték arra, hogy a szilárd fémes hidrogén szintetizálták a laboratóriumban nyomáson mintegy 495 gigapascal (4,890,000 atm; 71 800 000 psi) gyémánt Üllő cellát használva. Ez a kézirat 2016 októberében volt elérhető, majd egy átdolgozott változatot tettek közzé a Science folyóiratban 2017 januárjában.

a papír preprint változatában a Dias és a Silvera:

a nyomás növekedésével megfigyelhetjük a mintában bekövetkező változásokat, az Átlátszótól a feketeig, a fényvisszaverő fémig, az utóbbi 495 GPa nyomáson tanult… a visszaverődés Drude szabad elektron modell alkalmazásával a plazma frekvenciájának meghatározására 30,1 eV t = 5,5 K, a megfelelő elektronhordozó sűrűséggel 6.7 6023 részecske / cm3, összhangban az elméleti becslésekkel. A tulajdonságok egy fém tulajdonságai. Szilárd fémhidrogént állítottak elő a laboratóriumban.

– Dias & Silvera (2016)

Silvera kijelentette, hogy nem ismételték meg kísérletüket, mivel több teszt károsíthatja vagy megsemmisítheti meglévő mintájukat, de biztosította a tudományos közösséget, hogy további tesztek jönnek. Azt is kijelentette, hogy a nyomás végül felszabadul, annak megállapítása érdekében, hogy a minta metastabil-E (pl., hogy a nyomás felszabadulása után is fennmarad-e fémes állapotában).

röviddel azután, hogy az állítást közzétették a Science-ben, a Nature hírosztálya cikket tett közzé, amelyben kijelentette, hogy néhány más fizikus szkeptikusan tekintett az eredményre. A közelmúltban a nagynyomású kutatóközösség prominens tagjai kritizálták az állítólagos eredményeket, megkérdőjelezve az állítólagos nyomást vagy a fémhidrogén jelenlétét az igényelt nyomáson.

2017 februárjában arról számoltak be, hogy az igényelt fémhidrogén mintája Elveszett, miután a gyémánt üllők között eltört.

2017 augusztusában a Silvera és a Dias hibát adott ki a tudományos cikkhez, a korrigált reflexiós értékek tekintetében, amelyek a stresszelt természetes gyémántok optikai sűrűsége és az előkompressziós gyémánt üllőcellájukban használt szintetikus gyémántok közötti eltérések miatt következtek be.

2019 júniusában a Commissariat csapata (a francia alternatív energiák & Atomenergia Bizottság) azt állította, hogy 425 GPA körül fémes hidrogént hozott létre egy toroid profilú gyémánt Üllő cellával, amelyet elektronsugaras megmunkálással állítottak elő

folyékony deutériummal végzett kísérletek a Nemzeti Gyújtóüzemben, 2018szerkesztés

augusztusban 2018-ban a tudósok új megfigyeléseket jelentettek be a folyékony deutérium gyors átalakulásáról szigetelésről fémes formára 2000 k alatt. Figyelemre méltó egyetértés van a kísérleti adatok és a kvantum Monte Carlo szimulációkon alapuló előrejelzések között, amely várhatóan az eddigi legpontosabb módszer. Ez segíthet a kutatóknak jobban megérteni az Óriás gázbolygókat, például a Jupitert, a Szaturnuszt és a kapcsolódó exobolygókat, mivel úgy gondolják, hogy ezek a bolygók sok folyékony fémes hidrogént tartalmaznak, ami felelős lehet a megfigyelt erős mágneses mezőkért.