Металева форма водню була отримана вченими вперше в історії

Майже через століття після теоретичного обгрунтування можливості його існування, вченим з Гарвардського університету вперше вдалося отримати надзвичайно рідкісний і один з потенційно найцінніших матеріалів на світлі.

Цим матеріалом є водень в атомарної металевої формі, і він був отриманий групою професора Томаса Д. Кебота (Thomas D. Cabot), до складу якої входили вчені Ісаак Сільвера (Isaac Silvera) і Ренго Діас (Ranga Dias). Крім отримання відповідей на деякі питання щодо фундаментальної природи матерії , дане досягнення може “зрушити з місця” деякі напрямки досліджень, пов’язаних з високотемпературними сверхпроводниками , що працюють при кімнатній температурі, наприклад.

“Отримання металевого водню є” Священним Граалем “фізики високих тисків” – розповідає Ісаак Сільвера, – “Це перший зразок металевого водню, отриманий на Землі. І коли ви дивитеся на нього, ви бачите те, що не існувало ніколи раніше”.

Для того, щоб отримати крихітний зразок металевого атомарного водню, вчені впливали на зразок звичайного водню тиском в 495 гігапаскалів, тиском, вищим, ніж тиск в центрі Землі . При підвищенні тиску понад певну межу водень переходить в тверду молекулярну форму, в вузлах кристалічної решітки якої знаходяться молекули, що складаються з двох атомів. Але при подальшому підвищенні тиску зв’язку між атомами в молекулах руйнуються і водень приймає більш щільну форму металевого атомарного водню.

Для того, щоб отримати нову форму водню, вчені використовували один з самих твердих матеріалів на світлі – алмаз. З штучного алмазу високої чистоти були виготовлені дві частини так званої алмазної ковадла. Форма цих частин була обрана таким чином, щоб надати всієї конструкції ще більшу міцність. Після того, як поверхні ковадла були відполіровані найретельнішим чином, вчені за допомогою атомно-силового мікроскопа провели перевірку поверхні на наявність дефектів, які могли б стати причиною втрати міцності і руйнування ковадла під час експериментів.

Природно, що вченими було знайдено безліч дефектів і якість поверхні було доведено пізніше до ідеального за допомогою методу травлення хімічно активними іонами. Після цього поверхню робочих площин ковадла була покрита тонким шаром корунду, окису алюмінію, який перешкоджав проникненню молекул і атомів водню всередину кристалічної решітки алмазу.

“Існує одне з припущень, що металевий атомарний водень є метастабільним речовиною” – розповідає Сільвера, – “Це означає те, що при знятті тиску водень буде продовжувати залишатися в металевому стані. Такий процес споріднений тому, як під високим тиском з вуглецю утворюються кристали алмазу “.

Крім припущення про метастабильности металевого водню, існує припущення про те, що цей матеріал є високотемпературним надпровідником, яке зберігає свої властивості при кімнатній температурі. “Підтвердження такої властивості стане цілою революцією в області надпровідності” – пишуть вчені, – “Адже під час транспортування енергії витрачається близько 15 відсотків на подолання електричного опору провідників повітряних ліній і кабелів. Якщо атомарний металевий водень можна буде використовувати в якості середовища передачі енергії на далекі відстані, то це докорінно змінить всю енергетичну галузь “.

Ще одним перспективним варіантом використання металевого водню є його використання в якості реактивного палива. “На отримання металевого водню витрачається величезна кількість енергії, яка зберігається в його структурі ” – розповідає Сільвера, – “Під час повернення водню до молекулярного увазі, ця енергія знову буде він випущений. Тому атомарний водень можна вважати найпотужнішим видом реактивного палива, укладена в ньому енергія мінімум в чотири рази перевершує хімічну енергію, укладену в кращих зразках сучасного реактивного палива “.

“Застосування такого палива дозволить нам досліджувати зовнішні планети Сонячної системи” – розповідає Сільвера, – “Крім цього, ми будемо здатні виводити на орбіту досить великі вантажі за допомогою простих одноступінчатих ракет”.

А вчені, тим часом, роблять ряд необхідних модифікацій свого обладнання, що дозволить їм в майбутньому отримати металевий атомарний водень в кількостях, достатніх для проведення всебічних досліджень властивостей цього нового матеріалу.