高压科学试图解开金属氢迷宫

科学家们在旅途中发现线索——固体金属氢氢最难以捉摸的阶段。发现奖可能是室温超导——世界第一。但研究小组正采取不同的路径相同的目标,有一些现在质疑他们甚至会发现如果他们到达那里。

一个氢金属的概念首次提出在1935年由尤金·维格纳和希拉德贝尔亨廷顿理论上认为,在巨大的压力下一个氢分子晶格会分解成氢原子通过材料与电子流动的自由。都同意这种状态只会出现如果氢是放置在一个至少25 gpa的压力。

这是一个相当温和的估计以今天的标准来看,据尤金Gregoryanz英国爱丁堡大学的的2016年1月组发现了金属氢前体。¹他们不知道如何压缩的氢气,“Gregoryanz说。他指出,研究人员已经达到10倍压力大于25 gpa,仍然没有迹象表明氢的金属状态。

州玩

Gregoryanz集团正在探索氢的州之间的气体在室温下通过将被夷为平地的两个钻石。钻石的提示正在慢慢聚集了砧细胞(DAC),与细胞的温度在300 k。使用这种方法,团队取得了报道388 gpa压力-压力通常用于行星的中心,但他们仍然没有找到金属氢。

通过探索高压氢气使用拉曼光谱,然而,Gregoryanz和他的同事们能够揭示元素的转换。前的气体最初过渡液体氢分子迅速采用固体形态。随着压力越来越大,氢分子重新排列从一个独特的水晶安排到另一个,但金属相仍然是难以捉摸的。

研究人员已经发现了几个阶段的固体氢。在大多数情况下,这些结构看起来像普通水晶安排较重的化合物。大约180 gpa压力,在室温下,旋转氢分子落入一个松散的六角形晶格称为第一阶段氢。第三阶段后形成轻微压缩超过180 gpa和共价键锚六角三聚的分子。如果你能忍受甚至进一步,第四阶段将出现在230 gpa和自由旋转氢分子将在三聚物层之间的滑动。但所有这些阶段分子安排没有任何关连,金属材料。

然而,今年早些时候,Gregoryanz超过325 gpa的团队确认五分之一阶段。研究人员认为这一阶段部分分离氢分子,可能像,在某种程度上,第四阶段的结构。这是研究人员:诱人的进一步紧缩这一阶段V固体会变成原子金属氢。

不错的利润

但一组声称他们已经看到阶段超越阶段V,它可能是金属在自然界中。在类似的设置,但将硫化氢在砧与纯氢气,米哈伊尔·Eremets和他的同事在马克斯·普朗克化学研究所,德国,2016年1月宣布,爱丁堡集团公布一周后,这个阶段V 270 gpa的出现在一个较低的压力。他们还宣布第六阶段氢形成超过360 gpa,虽然低于200 k。²

不仅我们声称我们发现两个阶段,但其中一个阶段是导电氢,“Eremets说,他相信第六阶段可能是金属。

你必须非常小心你的状态。很多人欺骗自己

还有待观察社区是否能确认这个新阶段。但处理这种不确定性是一个艰巨的任务,鉴于钻石铁砧,极端条件下很难验证的结果,根据Gregoryanz。很难复制,没有多少人可以负载氢DAC,”他说。然后,你必须有一个非常高质量光学设置”。

如果不是这样,研究人员风险影响的实验。当你到达400 gpa,你谈论2微米的样本量,“Gregoryanz解释道。这样一个小样本大小,这是不可避免的入射激光拉曼分析将吸收的部分钻石。如果不谨慎使用激光,它将迅速升温宝贵的铁砧和钻石可能在细胞分裂,根据Gregoryanz。

钻石是永恒的

但一些组织可能是冒险用激光热氢本身,如艾萨克Silvera和他的同事在美国哈佛大学。这让他们在不同的路径比Gregoryanz金属氢和Eremets”组。

你可以(以氢)说(100 - 200 mpa)…然后加热液相,“Silvera评论。通过将氢气在适度的压力下在室温下采用固体形态,此时Silvera和他的同事们加大生产液体的温度。他继续解释将会有一个时候这种液体分子相转换成液体原子状态,这应该表现得像金属一样。

再次实现这一目标,氢压在一个钻石铁砧,但在设置——与一个关键的区别一个半透明的钨膜涂在钻石技巧。³通过使用激光脉冲加热膜,团队能够迅速加热氢,同时利用光探测氢气的反射率和透射率。他们估计氢可以加热到2200 k。

Silvera断言,短暂的激光脉冲不会打破钻石,平均而言,他们仍将是在室温下。如果你加热数百纳秒,热平衡,有充足的时间”他说。“我们非常幸运,我们几乎失去了钻石。”

这为他们提供了机会,工作在一个领域也被桑迪亚国家实验室的探索Z机、电动脉冲发生器能产生2700万安培,氘在哪里受到极端的冲击波和磁场。

然而,使用一个卑微的钻石砧Silvera集团已观察到的急剧增加,反射的光线在这些高温氢- insulator-to-metal过渡的一个典型标志。但是团队不能坚定国家他们发现了纯金属原子氢。

最后的边疆

Gregoryanz,这些初步的步骤向未知的兴奋,但他并不确定这追求最终会发现什么。他解释说,在这样的高压下,金属氢可能只存在一个超流体——一个充满异国情调的,无摩擦状态的物质。随着压力增加,氢的原子有越来越多的能量,这可能把一个稳定的固态永远遥不可及。

如果金属氢是超流体,研究人员可能有手上的材料,无法理解。所有的超导体,我们知道的是固体…和超流体都是绝缘体,“Gregoryanz评论。这液体氢将超导和超流体在同一时间,但从来没有被观察到。

因为他们正在探索高压科学社区的极限不愿排除固态金属氢。但有一件事是肯定的,根据Gregoryanz。“你必须非常非常小心,你的国家和你的国家,”他说。很多人欺骗自己——这是难以置信的。”