Una selezione di misurazioni nell'intervallo di pressione indagato. un, Fotografie del campione di idrogeno prese in diversi stadi di compressione, sotto l'illuminazione simultanea anteriore e posteriore a luce intensa. Il campione di idrogeno è indicato dalla freccia blu. Circa 310 GPa, il campione diventa reversibilmente nero, come illustrato dalle fotografie scattate a 315 GPa per il percorso di pressione in aumento e a 300 GPa per il percorso di pressione in diminuzione. A 427 GPa, il campione è allo stato metallico ed è ancora distinguibile dalla guarnizione al renio. L'aspetto di colore rosso al centro della punta del diamante è attribuito alla diminuzione della banda proibita del diamante. B, Spettri di trasmissione dell'infrarosso a varie pressioni. Le caratteristiche di assorbimento intrinseco associate al vibron e alla chiusura del bandgap sono indicate dalle stelle rosse e dal triangolo, rispettivamente. C, Evoluzione della pressione nell'idrogeno rispetto alla pressione della membrana dell'elio che agisce sul pistone del T-DAC, durante l'aumento della pressione (rosso) e la diminuzione (blu). inserto, la parte ad alto numero d'onda degli spettri del diamante Raman raccolti a tre pressioni. Il numero d'onda al passo utilizzato per calcolare la pressione è indicato come un punto rosso, e annotato nella chiave. Le linee continue sono guide per l'occhio. a.u., unità arbitrarie. Credito: Natura (2020). DOI:10.1038/s41586-019-1927-3
Un team di ricercatori, due con la Commissione francese per l'energia atomica (AEC) e un terzo con il sincrotrone Soleil, hanno trovato prove di un cambiamento di fase per l'idrogeno a una pressione di 425 gigapascal. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , Paul Loubeyre, Florent Occelli e Paul Dumas descrivono come testare l'idrogeno a una pressione così alta e cosa hanno imparato da esso.
I ricercatori molto tempo fa hanno teorizzato che se il gas idrogeno fosse esposto a una pressione sufficiente, si trasformerebbe in un metallo. Ma le teorie non sono state in grado di ricavare quanta pressione sia necessaria. I dubbi sulle teorie iniziarono a sorgere quando gli scienziati svilupparono strumenti in grado di esercitare le alte pressioni ritenute necessarie per spremere l'idrogeno in un metallo. I teorici hanno semplicemente spostato il numero più in alto.
Negli ultimi anni, però, i teorici sono giunti a un consenso - la loro matematica ha mostrato che l'idrogeno dovrebbe passare a circa 425 gigapascal - ma non esisteva un modo per generare così tanta pressione. Quindi, l'anno scorso, un team dell'AEC ha migliorato la cellula dell'incudine di diamante, che per anni è stato utilizzato per creare un'intensa pressione negli esperimenti. In una cella di incudine di diamante, due diamanti opposti vengono utilizzati per comprimere un campione tra punte altamente lucidate:la pressione generata viene in genere misurata utilizzando un materiale di riferimento. Con il nuovo disegno, chiamata cellula di incudine di diamante toroidale, la punta era a forma di ciambella con una cupola scanalata. Quando in uso, la cupola si deforma ma non si rompe alle alte pressioni. Con il nuovo disegno, i ricercatori sono stati in grado di esercitare pressioni fino a 600 GPa. Ciò lasciava ancora il problema di come testare un campione di idrogeno mentre veniva spremuto. I ricercatori hanno superato questa sfida semplicemente proiettando un raggio di luce infrarossa attraverso il centro del dispositivo, a temperature normali, può passare proprio attraverso l'idrogeno. Ma se dovesse incontrare un metallo di transizione, sarebbe invece bloccato o riflesso.
I ricercatori hanno scoperto che i campioni di idrogeno compressi a 425 gigapascal bloccavano tutta la luce infrarossa e visibile e mostravano riflettività ottica, anche. Suggeriscono che i loro risultati indicano che l'idrogeno diventa solido a 425 gigapascal, ma stanno già pianificando un altro test per rafforzare le loro scoperte. Vogliono ripetere l'esperimento per determinare se il campione inizia a condurre elettricità a 425 gigapascal.
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