Dati estesi Fig. 1 Immagini XRD grezze ottenute utilizzando una guarnizione Re pura e una guarnizione composita sulla stessa linea di luce. un , Immagine XRD ottenuta a 45 GPa con la guarnizione Re. L'inserto mostra un'immagine al microscopio del campione dopo il caricamento del gas, con il diametro della camera di 17 µm. A 45 GPa, la camera si restringe ad un diametro di circa 10 µm. B , Immagine XRD grezza del campione ottenuta a 162 GPa utilizzando un inserto di guarnizione composito (cBN e resina epossidica); il diametro della camera è di 7 µm. La configurazione del dispositivo di messa a fuoco della linea di luce (specchi Kirkpatrick-Baez) era simile in entrambe le misurazioni, con microfori di pulizia di 20 µm ( un ) e 60 µm ( B ) di diametro. Va sottolineato che anche se il fascio di raggi X utilizzato in B ha una coda più grande (a causa del foro di pulizia più grande), B ha uno sfondo sostanzialmente inferiore rispetto a un . L'inserto in MgO e resina epossidica produce un livello di fondo simile a quello dell'inserto in cBN e resina epossidica. Maschere rosse in un e B coprire gli spazi tra i chip del sensore sul rivelatore Pilatus 1M. Credito:Università di Uppsala
Un team di ricerca sperimentale internazionale guidato dal Professor Ho-Kwang Mao e dal Dr. Cheng Ji di HPSTAR, La Cina e un team teorico guidato dal professor Rajeev Ahuja, Università di Uppsala, hanno utilizzato la ricerca sperimentale e la teoria per comprendere le transizioni di fase strutturali ad alta pressione nell'idrogeno che potrebbero dare origine alla metallizzazione e potrebbero persino portare alla superconduttività. I risultati sono stati pubblicati questa settimana nell'edizione online di Natura .
Idrogeno (H 2 ) è uno degli elementi più abbondanti e leggeri dell'universo, e da sessant'anni si ipotizza che la metallizzazione dell'idrogeno puro possa portare alla superconduttività a temperatura ambiente, anche se questa è rimasta una questione aperta fino ad ora. Però, sarebbe necessaria un'enorme pressione per comprimere l'idrogeno a sufficienza per raggiungere questo stato metallico. Con incessanti sforzi sperimentali negli ultimi tre decenni, solido H 2 è stato compresso fino a pressioni prossime a 400 GPa (circa la pressione al centro della Terra), e sei fasi molecolari ad alta pressione superiori a 100 GPa sono state identificate sulla base di osservazioni spettroscopiche senza vincoli strutturali adeguati.
Attraverso un nuovo sviluppo tecnico su misura per l'idrogeno ad altissima pressione, abbiamo finalmente ottenuto i dati di diffrazione dei raggi X (XRD) delle fasi I dell'idrogeno, III e IV fino a 254 GPa. Sorprendentemente, queste fasi non presentano simmetrie cristalline diverse, ma tutti rimangono nella struttura esagonale compatta (hcp) con drastica riduzione del rapporto assiale c/a rispetto al reticolo hcp ideale. Il nostro studio suggerisce che una massiccia distorsione della zona di Brillouin hcp porta a una serie di fasi di transizione topologica elettronica (ETT) prima della chiusura della banda dell'idrogeno. È la prima volta che questo è stato visto per l'idrogeno.
Ciò ha spinto il team guidato dal professor Rajeev Ahuja a condurre esperimenti informatici sistematici basati su metodi all'avanguardia basati sui principi primi per studiare l'ETT. I risultati sono in eccellente accordo con le osservazioni sperimentali e hanno persino permesso di prevedere che la fase metallica dell'idrogeno passa attraverso molti ETT intermedi. Le ampie simulazioni sono state eseguite utilizzando le risorse fornite dalla Swedish National Infrastructure for Computing (SNIC) presso NSC.
"L'ETT nell'idrogeno rappresenta una scoperta straordinariamente importante, " afferma il professor Ahuja. "I nostri risultati possono essere visti come un importante progresso nella ricerca sperimentale e teorica dell'idrogeno metallico e persino superconduttore all'interno di un regime di pressione trattabile".
