Metallische waterstof

Schokgolfcompressie, 1996Edit

in maart 1996 meldde een groep wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory dat zij de eerste geïdentificeerde metallische waterstof serendipitously hadden geproduceerd gedurende ongeveer een microseconde bij temperaturen van duizenden Kelvin, drukken van meer dan 100 GPa (1.000.000 atm; 15.000.000 psi), en dichtheden van ongeveer 0,6 g/cm3. Het team had niet verwacht metallische waterstof te produceren, omdat het geen vaste waterstof gebruikte, dat noodzakelijk werd geacht, en werkte bij temperaturen boven de door de metallisatietheorie gespecificeerde temperaturen. Eerdere studies waarin vaste waterstof in diamant aambeelden werd samengeperst tot een druk van maximaal 250 GPa (2.500.000 atm; 37.000.000 psi), bevestigden geen detecteerbare metallisatie. Het team had gewoon geprobeerd om de minder extreme elektrische geleidbaarheid veranderingen te meten ze verwachtten. De onderzoekers gebruikten een lichtgaspistool uit de jaren 60, oorspronkelijk gebruikt in geleide raketstudies, om een botslichaamplaat in een gesloten container te schieten die een half millimeter dik monster van vloeibare waterstof bevat. De vloeibare waterstof kwam in contact met draden, wat leidde tot een apparaat dat de elektrische weerstand meet. De wetenschappers ontdekten dat, toen de druk steeg tot 140 GPa (1.400.000 atm; 21.000.000 psi), de elektronische energieband gap, een maat voor elektrische weerstand, daalde tot bijna nul. De bandspleet van waterstof in ongecomprimeerde toestand is ongeveer 15 eV, waardoor het een isolator is, maar naarmate de druk aanzienlijk toeneemt, daalde de bandspleet geleidelijk tot 0,3 eV. Omdat de thermische energie van de vloeistof (de temperatuur werd ongeveer 3.000 K of 2.730 °C door compressie van het monster) boven 0,3 eV lag, kan de waterstof als metaal worden beschouwd.

Overig experimenteel onderzoek, 1996-2004Edit

veel experimenten worden voortgezet in de productie van metallische waterstof onder laboratoriumomstandigheden bij statische compressie en lage temperatuur. Arthur Ruoff en Chandrabhas Narayana van Cornell University in 1998, en later Paul Loubeyre en René LeToullec van Commissariat à l ‘ énergie Atomique, Frankrijk in 2002, hebben aangetoond dat bij druk dicht bij die in het centrum van de aarde (320-340 GPa of 3.200.000–3.400.000 atm) en temperaturen van 100-300 K (−173–27 °C), waterstof nog steeds geen echt alkalimetaal is, vanwege de niet-nul band gap. De zoektocht naar metallische waterstof in het laboratorium bij lage temperatuur en statische compressie gaat verder. Er zijn ook studies aan de gang met deuterium. Shahriar Badiei en Leif Holmlid van de Universiteit van Göteborg hebben in 2004 aangetoond dat gecondenseerde metalen toestanden gemaakt van geëxciteerde waterstofatomen (Rydberg matter) zijn effectieve promotors aan metallische waterstof.

Pulsed laser heating experiment, 2008Edit

het theoretisch voorspelde maximum van de smeltkromme (de voorwaarde voor de vloeibare metallische waterstof) werd ontdekt door Shanti Deemyad en Isaac F. Silvera door gebruik te maken van pulsed laser heating. Waterstofrijk moleculair silaan (SiH
4) zou gemetalliseerd zijn en supergeleidend worden door M. I. Eremets et al.. Deze bewering wordt betwist en de resultaten zijn niet herhaald.

Observation of liquid metallic hydrogen, 2011Edit

in 2011 rapporteerden Eremets en Troyan dat ze de vloeibare metallische toestand van waterstof en deuterium observeerden bij statische druk van 260-300 GPa (2.600.000–3.000.000 atm). Deze bewering werd in 2012 door andere onderzoekers in twijfel getrokken.

Z machine, 2015Edit

in 2015 kondigden wetenschappers van de Z Pulsed Power Facility de creatie aan van metallisch deuterium met behulp van dichte vloeibare deuterium, een overgang van elektrische isolator naar geleider die gepaard gaat met een toename van de optische reflectiviteit.

beweerde waarneming van vaste metallische waterstof, 2016Edit

op 5 oktober 2016 hebben Ranga Dias en Isaac F. Silvera van Harvard University claims gepubliceerd van experimenteel bewijs dat vaste metallische waterstof in het laboratorium was gesynthetiseerd bij een druk van ongeveer 495 gigapascal (4.890.000 atm).; 71.800.000 psi) met behulp van een diamant aambeeld cel. Dit manuscript was beschikbaar in oktober 2016, en een herziene versie werd vervolgens gepubliceerd in het tijdschrift Science in januari 2017.

in de preprint versie van het papier, Dias en Silvera schrijven:

bij toenemende druk zien we veranderingen in het monster, gaande van transparant, naar zwart, naar een reflecterend metaal, dit laatste onderzocht bij een druk van 495 GPa… de reflectie met behulp van een Drude-vrij elektronenmodel om de plasmafrequentie van 30,1 eV te bepalen bij T = 5,5 K, met een overeenkomstige elektronendragerdichtheid van 6.7×1023 deeltjes/cm3, in overeenstemming met theoretische schattingen. De eigenschappen zijn die van een metaal. In het laboratorium is vaste metalen waterstof geproduceerd.

– Dias & Silvera (2016)

Silvera verklaarde dat ze hun experiment niet herhalen, omdat meer tests hun bestaande monster kunnen beschadigen of vernietigen, maar verzekerde de wetenschappelijke gemeenschap dat er meer tests komen. Hij verklaarde ook dat de druk uiteindelijk zou worden vrijgegeven, om uit te vinden of het monster metastabiel was (d.w.z., of het zou blijven bestaan in zijn metallische toestand, zelfs nadat de druk werd vrijgegeven).Kort na de publicatie van de claim in Science publiceerde Nature ‘ s news division een artikel waarin stond dat sommige andere natuurkundigen het resultaat sceptisch beschouwden. Onlangs hebben prominente leden van de high pressure research community kritiek geuit op de geclaimde resultaten en vraagtekens geplaatst bij de geclaimde druk of de aanwezigheid van metaalwaterstof bij de geclaimde druk.

in februari 2017 werd gemeld dat het monster van geclaimde metallische waterstof verloren was gegaan, nadat de diamantschilden het tussen gebroken was.

in augustus 2017 gaven Silvera en Dias een erratum uit voor het wetenschappelijke artikel, met betrekking tot gecorrigeerde reflectiewaarden als gevolg van variaties tussen de optische dichtheid van natuurlijke diamanten met stress en de synthetische diamanten die in hun precompressiediamant aambeeld cel worden gebruikt.

In juni 2019 een team van het Commissariat à l ‘ énergie atomique et aux energie alternatieven (frans van Alternatieve Energieën & de Atomic Energy Commission) beweerde te hebben gemaakt metallische waterstof rond 425GPa met behulp van een ringkern profiel diamond aambeeld cel geproduceerd met behulp van electron beam bewerking

Experimenten op vloeistof bevatten op de National Ignition Facility, 2018Edit

In augustus 2018, wetenschappers aangekondigd nieuwe waarnemingen met betrekking tot de snelle transformatie van de vloeistof deuterium van een isolerende een metallic formulier hieronder in 2000 K. Opmerkelijke overeenkomst is gevonden tussen de experimentele gegevens en de voorspellingen op basis van Quantum Monte Carlo simulaties, die naar verwachting de meest accurate methode tot nu toe. Dit kan onderzoekers helpen om gigantische gasplaneten, zoals Jupiter, Saturnus en verwante exoplaneten beter te begrijpen, aangezien dergelijke planeten veel vloeibaar metaalwaterstof bevatten, die verantwoordelijk kan zijn voor hun waargenomen krachtige magnetische velden.