哈佛大学的科学家设法获得了金属氢

金刚石砧座压缩分子氢样品的图像。如右图所示，在高压下，氢进入原子态。资料来源：Dias＆Silvera，2017

年1935年，科学家Eugene Wigner和Bell Huntington 预测在巨大压力的影响下将氢转变为金属态的可能性为25万个大气压。不久之后，对这一观点进行了修订；专家们增加了对相变所需压力的估计。一直以来，人们都认为过渡条件是可以实现的，科学家试图“夺取氢”过渡到新相所必需的标准。他们第一次尝试在1970年代获得金属氢。在1996、2008和2011年进行了多次尝试。以前有报道说，1996年，德国的科学家设法将氢转移到金属状态，时间为一微秒，尽管并非所有人都对此表示同意。

至于产生金属氢所需的压力，随着量子力学和物理学的发展，人们普遍清楚地知道该压力应该比以前认为的高20倍左右-不是25 GPa，而是400甚至500 GPa。据认为，在巨型行星（木星，土星和大型太阳系外行星）的原子核中存在大量的金属氢。由于重力压缩，金属氢芯应位于气体层下方。显然，为了承受巨大的压力，需要特殊的技术和方法。事实证明，通过使用两个金刚石砧座可以达到预期的效果。

通过从氢原子不渗透的氧化铝溅射提高 了砧座的强度。氢气样品被压缩在两个金刚石砧的尖端之间，并且在495 GPa的压力下，科学家实现了样品向金属相的转变。


资料来源：Dias＆Silvera，2017

无论如何，样品首先变暗，然后开始反射光。在相对较低的压力指数下，样品是不透明的；它不传导电流。艾萨克·西维拉（Isaac Silvera）和兰加·迪亚斯（Ranga Dias）的实验重复进行。 2016年中，科学家首次设法将氢转移到金属相中。但是实验结果需要确认，重复实验。由于初步实验的结果已得到确认，因此可以认为它们是正确的。

几年来，科学家们一直在研究目前的结果。银和迪亚兹只用了三年时间就达到了氢分解成单个原子的压力。所讨论的压力为380 GPa。

在压力增加之后，就意味着需要增强用于实验的金刚石砧的强度。为此，他们开始喷涂最薄的氧化铝膜。如果不增加强度，金刚石（地球上最坚硬的矿物）就会在压力升高到400 GPa以上时开始分解。

科学家在钻石研究方面做了很多工作。破坏的原因可能有多种-从晶体结构的缺陷到压缩程度最大的氢的影响。为了解决第一个问题，专家们在高倍显微镜下仔细检查了晶体结构。 Silvera说：“当我们在显微镜下观察钻石时，我们发现了使该矿物易受外部因素影响的缺陷。”通过喷涂解决了第二个问题，该喷涂抵消了原子和氢分子的泄漏。

到目前为止很难说英国人接受了哪种金属形式的固体或液体。他们发现很难说，尽管他们认为氢已经进入液态金属的相中，因为这是通过计算得出的。他们确定的是，压缩后的氢气样品比该程序开始之前的密度高15倍。放置在钻石砧中的氢气温度为15K。元素转变为金属相后，将其加热到83 K，并保持其金属性能。计算表明，金属氢可以是亚稳态的，也就是说，即使在导致元素过渡到金属相的外部因素减弱之后，氢也能保持其性能。

人为什么需要金属氢？据信在这种状态下它表现出高温超导体的特性。此外，亚稳金属氢化合物可用作紧凑，高效和清洁的火箭燃料。因此，当金属氢进入分子相时，释放的能量比燃烧一公斤的氧气和氢的混合物时多-216 MJ / kg。

“要产生金属氢，我们需要大量的能量。该研究的作者说，如果再次将原子金属氢转移到分子态，所有这些能量将被释放，这样我们就可以获得世界上最强大的火箭燃料，这将彻底改变火箭科学。他们认为，如果使用了这种新燃料，将使其更容易到达其他行星。使用现代技术，花在他们身上的时间将比现在少得多。

DOI：10.1126 / science.aal1579

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN401121/