हार्वर्ड के वैज्ञानिक धात्विक हाइड्रोजन प्राप्त करने में सफल रहे

आणविक हाइड्रोजन का एक नमूना सेकते हुए हीरे की आँवले की छवि। उच्च दबाव में, हाइड्रोजन एक परमाणु स्थिति में चला जाता है, जैसा कि दाईं ओर दिखाया गया है। स्रोत: डायस और सिल्वर, 2017

1935 में, वैज्ञानिकों यूजीन विग्नर और बेल हंटिंगटन ने भविष्यवाणी कीजबरदस्त दबाव के प्रभाव में एक धातु राज्य में हाइड्रोजन को स्थानांतरित करने की संभावना 250 हजार वायुमंडल है। थोड़ी देर बाद, इस बिंदु को संशोधित किया गया, विशेषज्ञों ने चरण संक्रमण के लिए आवश्यक दबाव के अनुमान को बढ़ा दिया। इस समय, संक्रमण की स्थिति को प्राप्त करने योग्य माना गया था, और वैज्ञानिकों ने हाइड्रोजन के संक्रमण के लिए एक नए चरण में "बार" को लेने की कोशिश की। पहली बार, उन्होंने 1970 के दशक में धातु हाइड्रोजन प्राप्त करने की कोशिश की। 1996, 2008 और 2011 में बार-बार प्रयास किए गए। यह पहले बताया गया था कि 1996 में, जर्मनी के वैज्ञानिकों ने एक माइक्रोसेकंड के एक हिस्से के लिए एक धातु राज्य में हाइड्रोजन स्थानांतरित करने में कामयाब रहे, हालांकि हर कोई इससे सहमत नहीं है।

धातु हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए आवश्यक दबाव के रूप में, क्वांटम यांत्रिकी और भौतिकी के विकास के साथ यह आम तौर पर स्पष्ट हो गया कि दबाव पहले के विचार से लगभग 20 गुना अधिक होना चाहिए - 25 GPa नहीं, बल्कि 400 या 500 GPa। यह माना जाता है कि विशाल ग्रहों के नाभिक में बड़ी मात्रा में धात्विक हाइड्रोजन मौजूद हैं - बृहस्पति, शनि और बड़े एक्स्ट्रासोलर ग्रह। गुरुत्वाकर्षण संपीड़न के कारण, धातु हाइड्रोजन का एक कोर गैस की परत के नीचे होना चाहिए। यह स्पष्ट है कि विशाल दबाव प्राप्त करने के लिए, विशेष प्रौद्योगिकियों और विधियों की आवश्यकता होती है। यह दो डायमंड एविल के उपयोग के माध्यम से वांछित प्राप्त करने के लिए निकला।

एल्युमिना से स्पटरिंग द्वारा एनविल की ताकत को बढ़ाया गया था, जो हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए अभेद्य था। दो हीरे की एड़ियों के नुकीले सिरों के बीच एक हाइड्रोजन का नमूना संकुचित किया गया था, और 495 जीपीए के दबाव में, वैज्ञानिकों ने धातु के चरण में नमूने के संक्रमण को प्राप्त किया।


स्रोत: डायस एंड सिल्वर, 2017

किसी भी मामले में, नमूना पहले गहरा हो गया, और फिर प्रकाश को प्रतिबिंबित करना शुरू कर दिया। अपेक्षाकृत कम दबाव सूचकांकों पर, नमूना अपारदर्शी था, यह वर्तमान का संचालन नहीं करता था। इसाक सिल्वर और रंगा डायस द्वारा प्रयोग दोहराया गया था। पहली बार, वैज्ञानिकों ने 2016 के मध्य में धातु के चरण में हाइड्रोजन को स्थानांतरित करने में कामयाबी हासिल की। लेकिन प्रयोग के परिणामों की पुष्टि, दोहराया प्रयोग की आवश्यकता थी। चूंकि प्रारंभिक प्रयोग के परिणामों की पुष्टि की गई थी, इसलिए उन्हें सही माना जा सकता है।

वैज्ञानिक कई वर्षों से वर्तमान परिणाम पर गए हैं। सिल्वर और डियाज़ के दबाव को प्राप्त करने में केवल तीन साल लगे, जिस पर हाइड्रोजन अलग-अलग परमाणुओं में टूट जाता है। प्रश्न में दबाव 380 GPa है।

इसके बाद दबाव में वृद्धि ने हीरे की एन्विल्स की ताकत को मजबूत करने की आवश्यकता को जन्म दिया, जो प्रयोग में लाया गया था। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एल्यूमीनियम ऑक्साइड की सबसे पतली फिल्म को स्प्रे करना शुरू कर दिया। बढ़ी हुई ताकत के बिना, हीरे, जो पृथ्वी पर सबसे कठिन खनिज हैं, 400 जीपीए से ऊपर दबाव बढ़ने पर टूटने लगते हैं।

हीरे के अध्ययन पर वैज्ञानिकों ने बहुत काम किया है। विनाश के कई कारण हो सकते हैं - क्रिस्टल की संरचना में दोषों से हाइड्रोजन के विशाल घनत्व के लिए सबसे संकुचित के प्रभाव के लिए। पहली समस्या को हल करने के लिए, विशेषज्ञों ने एक उच्च बढ़ाई माइक्रोस्कोप के तहत क्रिस्टल संरचनाओं की सावधानीपूर्वक जांच की। "जब हमने एक माइक्रोस्कोप के नीचे हीरे को देखा, तो हमें ऐसे दोष मिले जो इस खनिज को बाहरी कारकों के लिए कमजोर बनाते हैं," सिल्वर ने कहा। दूसरी समस्या को छिड़काव द्वारा हल किया गया था, जो परमाणुओं और हाइड्रोजन के अणुओं के रिसाव का प्रतिकार करता है।

यह कहना मुश्किल हैअंग्रेजों ने किस धातु को प्राप्त किया - ठोस या तरल। उन्हें यह कहना मुश्किल लगता है, हालांकि वे मानते हैं कि हाइड्रोजन तरल धातु के चरण में पारित हो गया है, क्योंकि यह गणना द्वारा भविष्यवाणी की गई है। वे जो सुनिश्चित कर रहे हैं कि इस प्रक्रिया की शुरुआत से पहले संपीड़न के बाद हाइड्रोजन का नमूना 15 गुना सघन हो गया। हाइड्रोजन का तापमान, जिसे हीरे की निहाई में रखा गया था, 15K था। धातु के चरण में तत्व के संक्रमण के बाद, इसे 83 K तक गरम किया गया था, और इसने अपने धातु गुणों को बरकरार रखा। गणना से पता चलता है कि धातु हाइड्रोजन मेटास्टेबल हो सकता है, अर्थात्, बाहरी कारकों के बाद भी इसके गुणों को बनाए रखना चाहिए जो तत्व को धातु चरण में स्थानांतरित कर देते हैं।

मनुष्य को धात्विक हाइड्रोजन की आवश्यकता क्यों है? यह माना जाता है कि इस राज्य में यह उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर के गुणों को प्रदर्शित करता है। इसके अलावा, मेटास्टेबल धातु हाइड्रोजन यौगिकों का उपयोग एक कॉम्पैक्ट, कुशल और स्वच्छ रॉकेट ईंधन के रूप में किया जा सकता है। इसलिए, जब धातु हाइड्रोजन आणविक चरण में प्रवेश करती है, तो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के मिश्रण के किलोग्राम को जलाने की तुलना में लगभग 20 गुना अधिक ऊर्जा जारी होती है - 216 एमजे / किग्रा।

“धातु हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए, हमें बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता थी। और यदि आप परमाणु धातु हाइड्रोजन को फिर से आणविक अवस्था में स्थानांतरित करते हैं, तो यह सारी ऊर्जा निकल जाएगी, जिससे हम दुनिया में सबसे शक्तिशाली रॉकेट ईंधन प्राप्त कर सकते हैं, जो रॉकेट विज्ञान में क्रांति लाएगा, ”अध्ययन के लेखकों ने कहा। उनकी राय में, नया ईंधन, यदि उपयोग किया जाता है, तो अन्य ग्रहों तक पहुंचने में आसानी होगी। आधुनिक तकनीक का उपयोग करते हुए, उनकी यात्रा करने का समय अब ​​की तुलना में बहुत कम खर्च किया जाएगा।

डीओआई: 10.1126 / विज्ञान।लाल 1579

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