Enligt kondenserade fysikprognoser, vid tillräckligt högt tryck, väte ska dissociera och omvandlas till en atomär metall. Dock, det exakta tryckintervallet vid vilket detta inträffar har ännu inte fastställts, och processen genom vilken väte blir en metall är fortfarande något oklart.

I en färsk studie, forskare vid Max Planck Institute of Chemistry visade att vid ett tryck på 350-360 GPa och vid temperaturer under 200K, molekylärt väte börjar leda och blir halvmetalliskt. Deras papper, publicerad i Naturfysik , ger intressant ny insikt om övergången av väte vid höga tryck, avslöjar några av de fastigheter det förvärvar.

"Vanligtvis, metalliskt väte anses vara atomväte - en kristall byggd av protoner efter dissociering av molekylerna, "Mikhail Eremets, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Dock, väte kan också omvandlas till en metall i molekylärt tillstånd - i detta fall, elektroniska band av molekylärt vätekristall breddas och överlappar så småningom så att bandgapet stängs, fria elektroner och hål dyker upp - detta är metalliskt tillstånd. "

Det ursprungliga tillståndet i vilket de elektroniska banden för molekylär vätekristall överlappar varandra är känt som halvmetall. I detta tillstånd, metallen har dålig konduktivitet, eftersom antalet bärare är lågt. Om trycket ökas ytterligare, dock, denna dåligt ledande metall förvandlas till en normal metall och så småningom till atomväte.

"Vårt mål var att hitta det tryck vid vilket metallisk elektrisk konduktivitet uppträder, och om detta resulterar i en molekylär eller atomär metall, "Eremets sa." Vi utförde således elektriska mätningar, eftersom detta är den enda metoden som direkt berättar om väte leder och om det är en metall. En metall leder vanligtvis till de lägsta temperaturerna; en halvledare kan också leda, men vid lägre temperaturer, konduktiviteten minskar och försvinner exponentiellt. "

I deras experiment, forskarna samlade Raman -mätningar upp till 480 GPa för att identifiera förändringar som sker i väte vid olika tryck. De fann att väte började leda vid tryck över 360 GPa, men den förblev en halvmetall fram till 440 GPa.

För att samla in Raman -mätningar, forskarna använde små DAC med syntetiska diamanter. Dessa diamanter har extremt låg luminescens även vid tryck på ~ 500 GPa. För elektriska mätningar, å andra sidan, de använde fyra elektriska ledningar som sputtrade på diamantstäd, som isolerades från metallpackningen med ett isolerande skikt.

Övergripande, mätningarna de samlade visade att det halvmetalliska vätet som observerades i deras experiment är i molekylärt tillstånd. Dessa fynd bekräftar således deras hypotes att väte blir en metall i dess molekylära tillstånd.

"Över 360 GPa, elektrisk konduktivitet ökade starkt med tryck, "Eremets förklarade." Konduktiviteten minskade inte exponentiellt med kylning, indikerar att väte inte är en halvledare. Å andra sidan, det är ingen bra metall, eftersom konduktiviteten bara ökar något med kylning. Sådant beteende är typiskt för halvmetaller som vismut eller tryckinducerade halvmetaller som syre eller xenon. "

Övergripande, mätningarna som samlats in av Eremets och hans kollegor ger bevis för att halvmetalliskt väte förblir i molekylärt tillstånd åtminstone upp till ett tryck på 440 GPa. När trycket stiger över 440GPa, dock, Ramansignalen som vätet avger försvinner, vilket tyder på att en ytterligare transformation sker.

"Att uppnå det erforderliga trycket över 350 GPa är en svår uppgift, "Eremets sa." Det beror på ett antal faktorer, först, av städens geometri. Vi gjorde många försök att nå multimegabar -trycket. Dock, vi fick reproducerbara data. "

Den senaste studien som utförts av Eremets och hans kollegor visar tydligt att över ~ 360 GPa, väte förvandlas till en halvmetall i dess molekylära tillstånd. Dock, denna halvmetalliska substans uppvisar något ovanligt beteende, som inte överensstämmer med vanliga teoretiska förutsägelser om metalliskt väte i atomtillstånd. Tvärtom, forskarna observerade att väte skiftar till en semimetallisk substans i dess molekylära tillstånd.

"Våra resultat bör stimulera ytterligare teoretiska och experimentella arbeten om förståelsen av den komplexa omvandlingen av väte till metall, "Eremets sa." Vi planerar nu att utvidga våra elektriska mätningar till högre tryck och hitta supraledning i metalliskt väte. "

© 2019 Science X Network