Pesquisadores encontram evidências de hidrogênio metálico a 425 gigapascals

Uma seleção de medições na faixa de pressão investigada. a, Fotografias da amostra de hidrogênio tirada em diferentes estágios de compressão, sob iluminação frontal e traseira simultânea de luz brilhante. A amostra de hidrogênio é indicada pela seta azul. Por volta de 310 GPa, a amostra fica reversivelmente preta, como ilustrado pelas fotografias tiradas em 315 GPa para o caminho da pressão crescente e em 300 GPa para o caminho da pressão decrescente. Em 427 GPa, a amostra está no estado metálico e ainda é distinguível da junta de rênio. O aspecto de cor vermelha no centro da ponta do diamante é atribuído à diminuição do intervalo da banda do diamante. b, espectros de transmissão infravermelha a várias pressões. As características de absorção intrínseca associadas a vibração e ao fechamento do intervalo de banda são indicadas pelas estrelas vermelhas e pelo triângulo, respectivamente. c) Evolução da pressão no hidrogênio versus a pressão da membrana do hélio atuando no pistão do T-DAC, durante o aumento da pressão (vermelho) e a diminuição (azul). No fundo, a parte com maior número de onda do espectro de diamante Raman coletada a três pressões. O número de onda na etapa usada para calcular a pressão é indicado como um ponto vermelho e anotado na tecla. Linhas sólidas são guias para os olhos. a.u., unidades arbitrárias. Crédito: Nature (2020). DOI: 10.1038 / s41586-019-1927-3

Uma equipe de pesquisadores, dois da Comissão Francesa de Energia Atômica (AEC) e um terceiro com o síncrotron Soleil, encontraram evidências de uma mudança de fase para o hidrogênio a uma pressão de 425 gigapascais. Em seu artigo publicado na revista Nature, Paul Loubeyre, Florent Occelli e Paul Dumas descrevem o teste de hidrogênio a uma pressão tão alta e o que aprenderam com ele.

Pesquisadores, há muito tempo, teorizaram que, se o gás hidrogênio fosse exposto a pressão suficiente, ele passaria para um metal. Mas as teorias não foram capazes de derivar quanta pressão é necessária. Dúvidas sobre as teorias começaram a surgir quando os cientistas desenvolveram ferramentas capazes de exercer as altas pressões que se julgavam necessárias para espremer o hidrogênio em um metal. Os teóricos simplesmente aumentaram o número.

Nos últimos anos, no entanto, os teóricos chegaram a um consenso – sua matemática mostrou que o hidrogênio deveria fazer a transição em aproximadamente 425 gigapascais – mas não havia uma maneira de gerar tanta pressão. Então, no ano passado, uma equipe da AEC aprimorou a célula de bigorna de diamante, que há anos tem sido usada para criar intensa pressão nos experimentos. Em uma célula de bigorna de diamante, dois diamantes opostos são usados ??para comprimir uma amostra entre pontas altamente polidas – a pressão gerada é normalmente medida usando um material de referência.

Com o novo design, chamado célula de bigorna de diamante toroidal, a ponta foi transformada em forma de rosca com uma cúpula ranhurada. Quando em uso, o domo se deforma, mas não quebra a altas pressões. Com o novo design, os pesquisadores foram capazes de exercer pressões de até 600 GPa. Isso ainda deixava o problema de como testar uma amostra de hidrogênio enquanto estava sendo espremido. Os pesquisadores superaram esse desafio simplesmente lançando um feixe de luz infravermelha através do centro do dispositivo – a temperaturas normais, ele pode passar através do hidrogênio.

Mas se encontrasse um metal em transição, seria bloqueado ou refletido.

Os pesquisadores descobriram que amostras de hidrogênio compactadas a 425 gigapascais bloquearam toda a luz infravermelha e visível e mostraram refletividade óptica também. Eles sugerem que seus resultados indicam que o hidrogênio se torna sólido a 425 gigapascals – mas eles já estão planejando outro teste para reforçar suas descobertas. Eles querem repetir o experimento para determinar se a amostra começa a conduzir eletricidade a 425 gigapascais.

Publicado em 31/01/2020

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