Ученые надеются скоро получить металлический водород

  • 7 января 2016
ячейка с алмазными наковальнями Правообладатель иллюстрации P.DalladaySimpson E.Gregoryanz
Image caption Исследователи использовали ячейку с алмазными наковальнями

Британские исследователи считают, что находятся в шаге от достижения теоретически предсказанного состояния водорода, при котором он приобретает свойства металла.

Им удалось поместить всем известный газ под такое высокое давление, что он принимает твердую кристаллическую форму, достичь которой ранее не удавалось.

Ученые рассказали журналу Nature, что следующим этапом будет синтез так называемого металлического водорода.

Возможность его получения была теоретически предсказана 80 лет назад. Новый материал может найти применение в новом поколении еще более быстрых компьютеров и даже особого ракетного топлива.

"Мы считаем, что нам удалось достичь состояния материала, который, возможно, можно назвать предшествующим получению металлического водорода", - рассказал Росс Хоуи, ранее работавший в Эдинбургском университете, а ныне базирующийся в Китае.

"Если сравнивать результаты наших экспериментов с тем, как теоретически описывался металлический водород, то можно найти много общего", - сказал ученый в интервью Би-би-си.

Исследователи использовали ячейку с алмазными наковальнями, чтобы сжать образец молекулярного водорода.

Конструкция такой ячейки включает в себя два алмаза конической формы, находящихся друг напротив друга.

Они направляют сжимающее усилие на пространство диаметром менее миллиметра, в котором находится образец сжимаемого материала

Грубая сила

"Объем используемого водорода не превышает одного кубического микрона, что соизмеримо с размером красного кровяного тельца", - сказал Филип Далладэй-Симпсон из Эдинбургского университета.

"Мы используем грубую силу. Мы прикладываем примерно тонну усилия к алмазам, чтобы создать огромное давление", - добавил он.

Правообладатель иллюстрации P.DalladaySimpson E.Gregoryanz
Image caption Ученые так представляют молекулу водорода в ячейке с алмазными наковальнями

В своих экспериментах ученым удается достичь давления в 350 гигапаскалей при комнатной температуре. Это примерно сопоставимо с давлением в центре Земли.

Давление на молекулы водорода приводит к тому, что газ переходит в жидкое состояние, а затем в твердое.

По мере увеличения давления атомы в молекулах водорода сближаются все плотнее, а электропроводимость в кристаллах возрастает.

В итоге атомы водорода должны уплотниться настолько, что их электроны станут общими, как это происходит в металлах.

Хотя достичь этой фазы команде ученых пока не удалось, они считают, что находятся в шаге от этого.

"Это должна быть комбинированная структура из разных слоев, в которой слой молекул водорода сменяется слоем атомов", - говорит Хоуи.

Комнатная температура

В ходе опытов стало более понятно, при каких условиях можно добиться фазы появления металлического водорода. Ученые полагают, что это будет возможно при давлении ниже 450 гигапаскалей при комнатной температуре.

Температура среды очень важна, поскольку, если удастся в таких условиях получить металлический водород, то это откроет возможность для создания сверхпроводника. С его помощью ученые надеются повысить быстродействие компьютеров.

"Предсказано, что металлический водород может быть идеальным сверхпроводником, действующим при комнатной температуре. До нынешнего момента создать такой материал не удавалось", - сказал Хоуи.

"Но из-за того, что мы экспериментируем со столь малыми объемами, практическое применение на данном этапе пока не ясно", - добавил он.

Правообладатель иллюстрации NASA
Image caption НАСА намерена изучить Юпитер с помощью межпланетной станции "Юнона"

В качестве еще одной сферы применения металлического водорода ученые видят создание нового вида топлива для ракет вместо используемого сегодня топлива на основе охлажденного водорода.

Также существует предположение, что металлический водород существует в естественном состоянии в недрах некоторых гигантских планет (например Юпитера).

Высокое давление и высокая температура в коре Юпитера являются факторами образования жидкой формы металлического водорода.

НАСА намерена изучить эту гипотезу с помощью межпланетной станции "Юнона", которая в этом году должна долететь до Юпитера.

Новости по теме