Nästan ett sekel efter att det teoretiserades, Harvard-forskare har lyckats skapa de sällsynta - och potentiellt ett av de mest värdefulla - materialen på planeten.

Materialet - atomärt metalliskt väte - skapades av Thomas D. Cabot professor i naturvetenskap Isaac Silvera och postdoktor Ranga Dias. Förutom att hjälpa forskare att svara på grundläggande frågor om materiens natur, materialet är teoretiserat att ha ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive som rumstemperatur supraledare. Skapandet av det sällsynta materialet beskrivs i en tidning den 26 januari publicerad i Vetenskap .

"Detta är högtrycksfysikens heliga gral, ", sa Silvera. "Det är det första provet någonsin av metalliskt väte på jorden, så när du tittar på det, du tittar på något som aldrig har funnits förut."

För att skapa det, Silvera och Dias klämde ett litet väteprov på 495 gigapascal, eller mer än 71,7 miljoner pund per kvadrattum - större än trycket i jordens mitt. Vid dessa extrema tryck, Silvera förklarade, fast molekylärt väte - som består av molekyler på gitterställena av det fasta ämnet - bryts ned, och de tätt bundna molekylerna dissocierar till omvandlingar till atomärt väte, som är en metall.

Medan arbetet erbjuder ett viktigt nytt fönster för att förstå vätets allmänna egenskaper, den ger också lockande tips om potentiellt revolutionerande nya material.

"En förutsägelse som är mycket viktig är att metalliskt väte förutspås vara metastabilt, " sa Silvera. "Det betyder att om du tar bort trycket, det kommer att förbli metalliskt, liknande det sätt som diamanter bildas från grafit under intensiv värme och tryck, men förblir en diamant när trycket och värmen avlägsnas."

Att förstå om materialet är stabilt är viktigt, Silvera sa, eftersom förutsägelser tyder på att metalliskt väte skulle kunna fungera som en supraledare vid rumstemperatur.

"Det skulle vara revolutionerande, " sa han. "Så mycket som 15 procent av energin går förlorad till förlust under överföring, så om du kunde göra ledningar av detta material och använda dem i elnätet, det kan förändra den historien."

Bland fysikens heliga graler, en rumstemperatur supraledare, Dias sa, kan radikalt förändra vårt transportsystem, möjliggör magnetisk levitation av höghastighetståg, samt att göra elbilar mer effektiva och förbättra prestandan hos många elektroniska enheter.

Materialet kan också ge stora förbättringar i energiproduktion och lagring - eftersom supraledare har noll resistans kan energi lagras genom att upprätthålla strömmar i supraledande spolar, och sedan användas vid behov.

Även om det har potential att förändra livet på jorden, metalliskt väte kan också spela en nyckelroll för att hjälpa människor att utforska rymdens avlägsna delar, som det mest kraftfulla raketdrivmedlet hittills upptäckt.

"Det krävs en enorm mängd energi för att göra metalliskt väte, Silvera förklarade. "Och om du omvandlar det tillbaka till molekylärt väte, all energi frigörs, så det skulle göra det till det mest kraftfulla raketdrivmedlet som människan känner, och kan revolutionera raketer."

De mest kraftfulla bränslena som används idag kännetecknas av en "specifik impuls" - en åtgärd, inom sekunder, av hur snabbt ett drivmedel avfyras från baksidan av en raket - på 450 sekunder. Den specifika impulsen för metalliskt väte, i jämförelse, är teoretiserad att vara 1, 700 sekunder.

"Det skulle lätt tillåta dig att utforska de yttre planeterna, " sa Silvera. "Vi skulle kunna sätta raketer i omloppsbana med bara ett steg, mot två, och kunde skicka upp större nyttolaster, så det kan vara väldigt viktigt."

För att skapa det nya materialet, Silvera och Dias vände sig till ett av de hårdaste materialen på jorden - diamant.

Men snarare än naturlig diamant, Silvera och Dias använde två små bitar av noggrant polerad syntetisk diamant som sedan behandlades för att göra dem ännu segare och sedan monterades mittemot varandra i en enhet som kallas en diamantstädcell.

"Diamanter poleras med diamantpulver, och som kan skära ut kol från ytan, ", sa Silvera. "När vi tittade på diamanten med hjälp av atomkraftsmikroskopi, vi hittade defekter, vilket kan få den att försvagas och gå sönder."

Lösningen, han sa, var att använda en reaktiv jonetsningsprocess för att raka ett litet lager - bara fem mikron tjockt, eller ungefär en tiondel av ett människohår - från diamantens yta. Diamanterna belades sedan med ett tunt lager av aluminiumoxid för att förhindra att vätet diffunderade in i deras kristallstruktur och förspröda dem.

Efter mer än fyra decennier av arbete med metalliskt väte, och nästan ett sekel efter att det först teoretiserades, ser materialet för första gången, Silvera sa, var spännande.

"Det var riktigt spännande, " sa han. " Ranga körde experimentet, och vi trodde att vi kunde komma dit, men när han ringde mig och sa:'Provet lyser, "Jag sprang dit, och det var metalliskt väte.

"Jag sa direkt att vi måste göra mätningarna för att bekräfta det, så vi ordnade om labbet...och det var vad vi gjorde, " sa han. "Det är en enorm prestation, och även om det bara finns i denna diamantstädcell vid högt tryck, det är en mycket fundamental och transformerande upptäckt."