Uus vesinikuavastus võib muuta toatemperatuurilised ülijuhid reaalsuseks

Meissneri efekt (ülijuhtiv magnetlevitatsioon)

Vesinikku on kõikjal - see moodustab umbes 75% kõigist küsimustest, millest me kindlasti teame. Teadus on vesiniku aatomeid suuminud juba pikka aega, sest need on killud meile teadaolevast kõige lihtsamast keemilisest elemendist. Vesinik räägib meile palju universumi esimestest hetkedest, milles elame, enne kui kõik hakkas keeruliseks ja diskreetseks muutuma.



Üks asi, mida oleme vesiniku uurimisel õppinud, on see, et kui see on tahke, peaks see käituma nagu leelismetall - ühe vaba valentselektroniga eeldame, et see käitub nagu teisedki +1 laenguga metallid. Kuid me ei saa seda toimida nagu metall. Oleme vesiniku jaoks teinud palju asju; praeguseks saame selle üsna hõlpsalt vedelaks jahutada. Meie, surelikud, oleme vesinikuaatomid Bose-Einsteini kondensaadiks kiusanud. Kuid siiani pole me ikka veel suutnud seda metallina käituma panna, hoolimata sellest, kuidas me seda purustame või jahutame.

Mida me omama alates eelmisest nädalast on loodud vesiniku uus faas - mitte päris vedelik, mitte päris gaas.

Üks kuu ringib - ja sellel on faasid

Täname kondenseeritud aine füüsikat faasiskeemi eest: selline diagramm nagu see, mis esitab vesiniku käitumise erineva rõhu, mahu ja temperatuuri korral. Ka kõigel muul on faasiskeem.

Faasiruumi tahke - üldine, ruumiline rõhu, mahu ja temperatuuri faasiskeem



Näiteks on vesi keemiliselt huvitav: vesiniku käitumine vees tähendab, et seal on kümmekond erinevat liiki jääd ja mitte ainult kolmekümnest sõnast lume eest. Sidemed, mis annavad veemolekulidele nende omadused, võivad muutuda sõltuvalt rõhust ja temperatuurist - ja see omakorda muudab vee enda omadusi.

Vesi teeb hullumeelseid asju. Kes teadis?

Vee faasiskeem, mis näitab, kuidas see käitub erineva rõhu ja temperatuuri korral

Meil lihtsalt pole planeedil vajalikku survet metallilise vesiniku nägemiseks. Kraami leidmiseks peate vaatama Jupiteri sarnaste gaasigigantide südamikke või ajas tagasi esimesse paarsada tuhandesse aastasse pärast Suurt Pauku. Need on vesiniku faasid, mida me oma looduslikus maailmas ei näe. Ligi kokkusurumatute teemantide kasutamine vesinikuaatomite purustamiseks koos monumentaalse jõuga on siiski üks viis, kuidas Jupiteri seest leitud meeletut survet korrata. Jupiter on suhteliselt jalakäijate koht, siin meie enda parasvöötme ja kliimaga päikesesüsteemis. Mugavalt ühe meie tähelepanuväärse galaktika spiraalse käe kelmis elame rikkalikus ja rahulikus pöörises, kaugel äärmustest, mida näeme mujal oma endiselt laienevas universumis. Kuid mitte nii kaugel Jupiteri tuumal, tingimused on üsna pöörased.

Purustav rõhk Jupiteri sees sulataks selle täheks kui see oleks palju suurem. Ja see on ikka päris kuum, isegi kui see ei alusta tähe sulandumist. Jupiteri 'pinnal', kuivõrd Jupiteril on hästi eristatav pind, mis ei ole ainult piir koheva väärisgaasiga lörtsi veidi erineva tiheduse vahel, on temperatuur umbes 340K, umbes 150F. Südamiku suunas on aga Jupiteri vapustava magnetvälja eest vastutav paks metallilise vesiniku mantel ja mantlis olev kõrge rõhk tähendab, et vesiniku aatomid peavad kokku pakkima väga korrastatud olekus. Läheb kuumaks ja käitumine muutub kummalisemaks, mida allapoole minnakse.

Jupiteri skeem Vikipeediast

Kõik, mida te kunagi ei teadnud, tahtsite teada saada Jupiteri anatoomiast



Kuumus ja kõrge rõhk on üks viis, kuidas saate luua tingimused metallilise vesiniku saamiseks. Kuid on ka teine ​​viis. Madal temperatuur ja kõrge rõhk on siin Maa peal praktilisemad juba sellepärast, et on raske sisaldada mõnda väga kuuma vesiniku aatomit, kui kraam võib hajuda põhimõtteliselt kõigest, mida proovite seda pudelisse villida.

Kolm Edinburghi ülikooli teadlast kasutasid teemandist alasi rakku, et rakendada mõnele vesiniku aatomile 388 gigaPascali rõhku. See on naeruväärne rõhk - suurem kui rõhud Jupiteri metallist vesinikmantlis. Kuid teadlased otsustasid seda teha palju jahedamal temperatuuril - 300 kelvinit, mis on siin Maal toatemperatuurile üsna lähedal.

Rõhu valimisel nägid teadlased spektroskoopilisi tõendeid elektronide ja vesiniku tuuma koos hoidvate sidemete kadumisest. Kõrgsurve sunnib aatomeid üksteise sisse tungima ja üksteisega suhtlema ning kui need on piisavalt kindlalt kokku pakitud, hakkavad kraami omadused muutuma. Piirid faasiseisundite vahel pole kõik või mitte midagi; ekstreemsetes tingimustes võime jälgida osalisi faasimuutusi, olekutevahelisi olekuid, kus vesinik ei ole kogu aeg vedel, kuid pole ka kogu gaasiline, sõltuvalt sellest, mida üksikud osakesed tegelikult teevad.



Kuna Ramani spektroskoopia ajal olid veel mõned sidumisnähud, väidab meeskond, et nad on leidnud uue vesinikufaasi, mis eksisteerib vedeliku ja gaasi vahel. Elektronid pole kõik oma tuumadest vabanenud, seega võib see kujutada endast vaheetappi vesiniku gaasi-vedeliku faasi üleminekul (kondenseerumine gaasist vedelaks) kõrgel rõhul ja madalal temperatuuril. Nad kutsuvad seda vesinik V-ks.

Kavandatud vesiniku faasiskeem väärtuseni 400 gPa

Kavandatud vesiniku faasiskeem väärtuseni 400 gPa. Sisekujundus näitab deuteeriumi käitumist, mis ei tähenda vesiniku V moodustumist

Metallilise vesiniku üks potentsiaalne kasutusala võib olla toatemperatuuriline ülijuht. Sellised ülijuhid on reaalses maailmas osutunud raskesti tabatavaks ja metallilise vesiniku loomiseks vajalik rõhk võib viia selle meie haardeulatusest kaugemale. Praegu arvatakse, et metallilise vesiniku tekitamiseks toatemperatuuril oleks vaja umbes 400 GPa rõhku. See on võrdne nelja miljoni atmosfäärirõhuga. Uurimisrühm kavatseb katset korrata kõrgema rõhu all seni, kuni neist moodustub metalliline vesinik või rombib teemant alasi.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com