Quasi un secolo dopo che era stato teorizzato, Gli scienziati di Harvard sono riusciti a creare i materiali più rari - e potenzialmente uno dei più preziosi - del pianeta.

Il materiale - idrogeno metallico atomico - è stato creato da Thomas D. Cabot, professore di scienze naturali Isaac Silvera e dal borsista post-dottorato Ranga Dias. Oltre ad aiutare gli scienziati a rispondere a domande fondamentali sulla natura della materia, il materiale è teorizzato per avere una vasta gamma di applicazioni, anche come superconduttore a temperatura ambiente. La creazione del materiale raro è descritta in un articolo del 26 gennaio pubblicato su Scienza .

"Questo è il Santo Graal della fisica ad alta pressione, "Ha detto Silvera. "È il primo campione di idrogeno metallico sulla Terra, quindi quando lo guardi, stai guardando qualcosa che non è mai esistito prima."

Per crearlo, Silvera e Dias hanno spremuto un minuscolo campione di idrogeno a 495 gigapascal, o più di 71,7 milioni di libbre per pollice quadrato - maggiore della pressione al centro della Terra. A quelle pressioni estreme, Silvera ha spiegato, l'idrogeno molecolare solido - che consiste di molecole sui siti reticolari del solido - si rompe, e le molecole strettamente legate si dissociano trasformandosi in idrogeno atomico, che è un metallo.

Sebbene il lavoro offra una nuova importante finestra sulla comprensione delle proprietà generali dell'idrogeno, offre anche accenni allettanti a nuovi materiali potenzialmente rivoluzionari.

"Una previsione molto importante è che si prevede che l'idrogeno metallico sia meta-stabile, " disse Silvera. "Ciò significa che se togli la pressione, rimarrà metallico, simile al modo in cui i diamanti si formano dalla grafite sotto intenso calore e pressione, ma rimane un diamante quando quella pressione e quel calore vengono rimossi."

Capire se il materiale è stabile è importante, Silvera ha detto, perché le previsioni suggeriscono che l'idrogeno metallico potrebbe agire come un superconduttore a temperatura ambiente.

"Sarebbe rivoluzionario, " ha detto. " Fino al 15 percento dell'energia viene persa per dissipazione durante la trasmissione, quindi se potessi realizzare cavi con questo materiale e usarli nella rete elettrica, potrebbe cambiare quella storia."

Tra il Santo Graal della fisica, un superconduttore a temperatura ambiente, Dias ha detto, potrebbe cambiare radicalmente il nostro sistema di trasporto, rendere possibile la levitazione magnetica dei treni ad alta velocità, oltre a rendere le auto elettriche più efficienti e migliorare le prestazioni di molti dispositivi elettronici.

Il materiale potrebbe anche fornire importanti miglioramenti nella produzione e nell'immagazzinamento dell'energia - poiché i superconduttori hanno zero resistenza, l'energia potrebbe essere immagazzinata mantenendo le correnti nelle bobine superconduttrici, e poi essere utilizzato quando necessario.

Sebbene abbia il potenziale per trasformare la vita sulla Terra, l'idrogeno metallico potrebbe anche svolgere un ruolo chiave nell'aiutare gli esseri umani a esplorare i confini remoti dello spazio, come il più potente propellente per razzi mai scoperto.

"Ci vuole un'enorme quantità di energia per produrre idrogeno metallico, "Spiegò Silvera. "E se lo riconverti in idrogeno molecolare, tutta quell'energia viene rilasciata, quindi lo renderebbe il propellente per razzi più potente conosciuto dall'uomo, e potrebbe rivoluzionare la missilistica."

I combustibili più potenti in uso oggi sono caratterizzati da un "impulso specifico" - una misura, in secondi, di quanto velocemente viene sparato un propellente dal retro di un razzo - di 450 secondi. L'impulso specifico per l'idrogeno metallico, a confronto, è teorizzato essere 1, 700 secondi.

"Questo ti permetterebbe facilmente di esplorare i pianeti esterni, " disse Silvera. "Saremmo in grado di mettere in orbita razzi con un solo stadio, contro due, e potrebbe inviare carichi utili più grandi, quindi potrebbe essere molto importante".

Per creare il nuovo materiale, Silvera e Dias si sono rivolti a uno dei materiali più duri sulla Terra:il diamante.

Ma invece del diamante naturale, Silvera e Dias hanno utilizzato due piccoli pezzi di diamante sintetico accuratamente lucidati che sono stati poi trattati per renderli ancora più resistenti e quindi montati uno di fronte all'altro in un dispositivo noto come cella a incudine di diamante.

"I diamanti sono lucidati con polvere di diamante, e che può estrarre carbonio dalla superficie, " disse Silvera. "Quando abbiamo osservato il diamante usando la microscopia a forza atomica, abbiamo trovato difetti, che potrebbe indebolirlo e romperlo."

La soluzione, Egli ha detto, consisteva nell'utilizzare un processo di incisione con ioni reattivi per radere un minuscolo strato - spesso solo cinque micron, o circa un decimo di un capello umano - dalla superficie del diamante. I diamanti sono stati poi rivestiti con un sottile strato di allumina per impedire che l'idrogeno si diffonda nella loro struttura cristallina e li infragilisce.

Dopo più di quattro decenni di lavoro sull'idrogeno metallico, e quasi un secolo dopo che fu teorizzato per la prima volta, vedendo il materiale per la prima volta, Silvera ha detto, era emozionante.

"È stato davvero emozionante, " disse. "Ranga stava conducendo l'esperimento, e abbiamo pensato che potremmo arrivarci, ma quando mi chiamò e disse:'Il campione è brillante, "Sono andato a correre laggiù, ed era idrogeno metallico.

"Ho detto subito che dovevamo fare le misurazioni per confermarlo, quindi abbiamo riorganizzato il laboratorio... ed è quello che abbiamo fatto, " ha detto. "È un risultato straordinario, e anche se esiste solo in questa cella a incudine di diamante ad alta pressione, è una scoperta fondamentale e trasformativa".