Металл водород

Ученые из Гарвардского университета заявили, что впервые в истории получили в лабораторных усло­виях твердый металлический водород. Именно в та­кой форме он существует в недрах гигантских пла­нет, а на Земле может использоваться в технологиях будущего.

Теоретическую возможность фа­зового перехода водорода пред­сказали еще в 1935 году аме­риканские ученые Юджин Вигнер и Хиллард Хантингтон. В The Journal of Chemical Physics они писали, что при давлении 250 тыс. атмосфер у водорода должна появиться кристалличе­ская решетка и он станет метал­лом, обладающим сверхпрово­димостью. Давление в сотни раз выше, чем на дне Бездны Челлен­джера в Тихом океане, самой глу­бокой точке Земли, воспроизве­сти в лабораториях долгое время было нельзя. Но даже когда воз­можность появилась, ученым по­чему-то не удавалось подтвердить гипотезу Вигнера и Хантингто­на. Некоторые заявляли об успе­хе, однако научное сообщество со временем опровергало эти ре­зультаты (см. справку).

В январе этого года американ­цы Айзек Силвера и Ранга Диас написали в журнале Science, что они смогли.

«Это святой Грааль физики высоких давлений, — ска­зал Айзек Силвера в интервью The Harvard Gazette. — Это пер­вый образец металлического во­дорода на Земле. Вы видите то, чего никогда не существовало прежде».

Выяснилось, что металличе­ский водород требует еще бо­лее высокого давления, чем думали Вигнер и Хантингтон, — 400–500 гПа. К тому же фазовый переход можно осуществить толь­ко при экстремально низкой тем­пературе. Силвера и Диас сжали водород между двумя небольши­ми синтетическими алмазами в алмазной ячейке. Поверхность соприкосновения с водородом покрыли тонким слоем оксида алюминия, чтобы предотвратить диффузию в кристаллическую структуру. Исследователи созда­ли сверхэкстремальное давление, 495 гПа, и сверхнизкую темпера­туру — 3 K.

«С ростом давления матери­ал чернел. Мы полагаем, потому, что он стал полупроводником, способным поглощать свет, — по­ясняет Айзек Силвера. — Затем мы еще больше увеличили дав­ление, и материал стал блестя­щим».

Уже через несколько дней после публикации в журнале Science на новостном портале другого авторитетного научно­го издания, Nature, появилась за­метка под названием «Физики со­мневаются в смелом сообщении о твердом водороде». Американ­ский геофизик Александр Гон­чаров не уверен, что блестящее вещество, которое увидели иссле­дователи, на самом деле водород.

АЙЗЕК СИЛВЕРА:
«ЭТО СВЯТОЙ ГРААЛЬ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ — ПЕРВЫЙ ОБРАЗЕЦ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ВОДОРОДА НА ЗЕМЛЕ. ВЫ ВИДИТЕ ТО, ЧЕГО НИКОГДА НЕ СУЩЕСТВОВАЛО ПРЕЖДЕ»

Евгения Грегорьянца из Эдин­бургского университета насто­рожило то, что Диас и Силвера только один раз произвели заме­ры своего образца под высоким давлением: остается неясным, как давление менялось в ходе экс­перимента.

Мы спросили, что думает об открытии американцев спе­циалист по высокотемператур­ным сверхпроводникам, заме­ститель гендиректора ВНИИНМ Ильдар Абдюханов.

«Есть вер­сия, что появление блеска связа­но с изменениями в поведении металлического алюминия, тон­ким слоем которого были покры­ты алмазные головки, — говорит ученый. — Авторы эксперимен­та пока отказываются его по­вторять, мотивируя опасениями разрушить аппаратуру. Это уси­ливает сомнения».

Если дальнейшие эксперимен­ты подтвердят, что Айзек Силве­ра и Ранга Диас действительно превращают водород в металл, перед учеными откроются новые горизонты. Именно в этой фор­ме водород существует в недрах крупных небесных тел, таких как Юпитер и Сатурн. Изучив его, мы сможем больше узнать о кос­мосе. Есть перспективы практи­ческого применения в электро­нике — теория предсказывает, что металлический водород дол­жен сохранять сверхпроводи­мость даже при комнатной тем­пературе.

Cправка
Впервые о получении метал­лического водорода заявили в 1996 году в Ливерморской национальной лаборатории (США). Проводилось удар­ное сжатие между алмазными наковальнями при температуре около 1 тыс. К. При достиже­нии давления 1,4 млн атмосфер наблюдалось резкое снижение электрического сопротивления. Был сделан вывод, что произошел переход водорода в металлическое состояние. Время его существо­вания составило 1 микросекунду. Однако явления фазового пере­хода тогда не зарегистрировали, так как опыт ставили не с целью получить металлический водород, а чтобы исследовать свойства водорода при высоком давлении. Переход в металлическое состоя­ние предположительно наблюдали трижды. В 2008 году — в Лайма­новской физической лаборато­рии Гарвардского университета. В 2011 году — в Институте Макса Планка в Германии, когда изуча­лось поведение смеси водород — дейтерий при статичном давлении до 3 млн атмосфер. В 2015 году в эксперименте Сандийcких на­циональных лабораторий (США) и Ростокского университета (Гер­мания) применялось ударное сжа­тие дейтерия. Повторять эти три эксперимента физики по каким-то причинам не стали, и подтвердить их результаты не удалось.

Справку для «Лаб. СР» подгото­вил заместитель гендиректора ВНИИНМ Ильдар Абдюханов

Далее