Idrogeno metallico

onda d’Urto di compressione, 1996Edit

Nel Marzo del 1996, un gruppo di scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory ha riferito che erano casualmente prodotto il primo riconoscimento di idrogeno metallico per circa un microsecondo a temperature di migliaia di gradi kelvin, pressioni di oltre 100 GPa (1.000.000 di atm; 15.000.000 di psi), e una densità di circa 0,6 g/cm3. Il team non si aspettava di produrre idrogeno metallico, poiché non utilizzava idrogeno solido, ritenuto necessario, e stava lavorando a temperature superiori a quelle specificate dalla teoria della metallizzazione. Studi precedenti in cui l’idrogeno solido era compresso all’interno di incudini diamantate a pressioni fino a 250 GPa (2.500.000 atm; 37.000.000 psi), non hanno confermato la metallizzazione rilevabile. Il team aveva cercato semplicemente di misurare i cambiamenti di conduttività elettrica meno estremi che si aspettavano. I ricercatori hanno utilizzato una pistola a gas leggero dell’era degli anni ‘ 60, originariamente impiegata negli studi di missili guidati, per sparare una piastra del dispositivo di simulazione in un contenitore sigillato contenente un campione di idrogeno liquido spesso mezzo millimetro. L’idrogeno liquido era in contatto con fili che conducevano a un dispositivo che misurava la resistenza elettrica. Gli scienziati hanno scoperto che, quando la pressione è salita a 140 GPa (1.400.000 atm; 21.000.000 psi), il gap di banda di energia elettronica, una misura della resistenza elettrica, è sceso quasi a zero. Il band-gap dell’idrogeno nel suo stato non compresso è di circa 15 eV, rendendolo un isolante ma, man mano che la pressione aumenta in modo significativo, il band-gap è sceso gradualmente a 0,3 eV. Poiché l’energia termica del fluido (la temperatura è diventata di circa 3.000 K o 2.730 °C a causa della compressione del campione) era superiore a 0,3 eV, l’idrogeno potrebbe essere considerato metallico.

Altre ricerche sperimentali, 1996–2004modifica

Molti esperimenti continuano nella produzione di idrogeno metallico in condizioni di laboratorio a compressione statica e bassa temperatura. Arthur Ruoff e Chandrabhas Narayana Cornell University nel 1998, e poi Paolo Loubeyre e René LeToullec dal Commissariat à l’Énergie Atomique, in Francia, nel 2002, hanno dimostrato che a pressioni vicine a quelle al centro della Terra (320-340 GPa o per 3.200.000–3.400.000 azioni atm) e le temperature di 100-300 K (−173–27 °C), idrogeno non è ancora un vero metalli alcalini, a causa della non-zero gap di banda. La ricerca di vedere l’idrogeno metallico in laboratorio a bassa temperatura e compressione statica continua. Sono in corso anche studi sul deuterio. Shahriar Badiei e Leif Holmlid dell’Università di Göteborg hanno dimostrato nel 2004 che gli stati metallici condensati fatti di atomi di idrogeno eccitati (materia di Rydberg) sono promotori efficaci dell’idrogeno metallico.

Esperimento di riscaldamento laser pulsato, 2008modifica

Il massimo teoricamente previsto della curva di fusione (il prerequisito per l’idrogeno metallico liquido) è stato scoperto da Shanti Deemyad e Isaac F. Silvera usando il riscaldamento laser pulsato. Il silano molecolare ricco di idrogeno (SIH
4) è stato affermato di essere metallizzato e diventare superconduttore da M. I. Eremets et al.. Questa affermazione è contestata e i loro risultati non sono stati ripetuti.

Osservazione dell’idrogeno metallico liquido, 2011Edit

Nel 2011 Eremets e Troyan hanno riferito di aver osservato lo stato metallico liquido dell’idrogeno e del deuterio a pressioni statiche di 260-300 GPa (2,600,000–3,000,000 atm). Questa affermazione è stata messa in discussione da altri ricercatori nel 2012.

Z machine, 2015modifica

Nel 2015, gli scienziati della Z Pulsed Power Facility hanno annunciato la creazione di deuterio metallico utilizzando deuterio liquido denso, una transizione isolante-conduttore elettrica associata ad un aumento della riflettività ottica.

Ha sostenuto l’osservazione dell’idrogeno metallico solido, 2016Edit

Il 5 ottobre 2016, Ranga Dias e Isaac F. Silvera dell’Università di Harvard hanno rilasciato affermazioni di prove sperimentali che l’idrogeno metallico solido era stato sintetizzato in laboratorio a una pressione di circa 495 gigapascal (4,890,000 atm; 71,800,000 psi) utilizzando una cella incudine di diamante. Questo manoscritto era disponibile nell’ottobre 2016 e una versione rivista è stata successivamente pubblicata sulla rivista Science nel gennaio 2017.

Nella versione di preprint della carta, Dias e Silvera scrivono:

Con l’aumentare della pressione osserviamo cambiamenti nel campione, passando da trasparente, a nero, a un metallo riflettente, quest’ultimo studiato ad una pressione di 495 GPa… la riflettanza utilizzando un modello a elettroni liberi di Drude per determinare la frequenza del plasma di 30,1 eV a T = 5,5 K, con una corrispondente densità del vettore di elettroni di 6.7×1023 particelle / cm3, in linea con le stime teoriche. Le proprietà sono quelle di un metallo. L’idrogeno metallico solido è stato prodotto in laboratorio.

— Dias & Silvera (2016)

Silvera ha dichiarato che non hanno ripetuto il loro esperimento, dal momento che più test potrebbero danneggiare o distruggere il loro campione esistente, ma ha assicurato alla comunità scientifica che stanno arrivando altri test. Ha anche affermato che la pressione sarebbe stata rilasciata alla fine, al fine di scoprire se il campione fosse metastabile (cioè, se persisterebbe nel suo stato metallico anche dopo che la pressione è stata liberata).

Poco dopo che l’affermazione è stata pubblicata su Science, la divisione notizie di Nature ha pubblicato un articolo in cui affermava che alcuni altri fisici consideravano il risultato con scetticismo. Recentemente, membri di spicco della comunità di ricerca ad alta pressione hanno criticato i risultati dichiarati, mettendo in discussione le pressioni rivendicate o la presenza di idrogeno metallico alle pressioni rivendicate.

Nel febbraio 2017, è stato riferito che il campione di idrogeno metallico rivendicato è stato perso, dopo che le incudini diamantate erano contenute tra le rotture.

Nell’agosto 2017, Silvera e Dias hanno emesso un erratum all’articolo Science, riguardante i valori di riflettanza corretti dovuti alle variazioni tra la densità ottica dei diamanti naturali stressati e i diamanti sintetici utilizzati nella loro cella di incudine diamantata pre-compressione.

Nel giugno del 2019 un team del Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (francese Energie Alternative & Commissione per l’Energia Atomica) ha affermato di aver creato idrogeno metallico intorno 425GPa utilizzando un toroidale profilo incudine di diamante di cellule prodotte utilizzando il fascio di elettroni di lavorazione

Esperimenti fluido di deuterio presso il National Ignition Facility, 2018Edit

Nel mese di agosto 2018, gli scienziati hanno annunciato nuove osservazioni per quanto riguarda la rapida trasformazione del fluido di deuterio da un isolante di una forma metallica al di sotto dei 2000 K. Notevole accordo è trovato tra i dati sperimentali e le previsioni basate su simulazioni quantistiche Monte Carlo, che dovrebbe essere il metodo più accurato fino ad oggi. Questo può aiutare i ricercatori a capire meglio i pianeti gassosi giganti, come Giove, Saturno e gli esopianeti correlati, poiché si pensa che tali pianeti contengano molto idrogeno metallico liquido, che potrebbe essere responsabile dei loro potenti campi magnetici osservati.