Een team van Franse onderzoekers heeft een paper online geplaatst waarin ze beweren de heilige graal van de materiaalkunde onder extreme druk te hebben bereikt: het maken van metallische waterstof in een laboratorium.
Natuurkundigen vermoeden sinds de jaren dertig dat onder extreme druk waterstofatomen - de lichtste atomen op het periodiek systeem met slechts één enkel proton in de kernen - hun eigenschappen radicaal zouden kunnen veranderen. Onder normale omstandigheden geleidt waterstof de elektriciteit niet goed en heeft het de neiging om te paren met andere waterstofatomen - net als zuurstof. Maar natuurkundigen geloven dat waterstof onder voldoende druk zal werken als een alkalimetaal - een groep elementen, waaronder lithium en natrium, die elk een enkel elektron in hun buitenste orbitalen hebben, die ze heel gemakkelijk uitwisselen. Het hele periodiek systeem is rond dit idee georganiseerd, met waterstof in de eerste kolom boven de andere alkalimetalen. Maar het effect is nooit afdoende gezien in een laboratorium.
Nu, in een paper geplaatst op 13 juni in het preprint-tijdschrift arXiv, beweert een team van onderzoekers onder leiding van Paul Loubeyre van de Franse Commissie voor Atoomenergie het te hebben gehaald. Verpletterd tussen de punten van twee diamanten tot ongeveer 4,2 miljoen keer de atmosferische druk van de aarde op zeeniveau (425 gigapascal), zeggen ze dat hun monster van waterstof metalen eigenschappen vertoonde.
'Metaalwaterstof is het ultieme hydride', schreven de onderzoekers, verwijzend naar een klasse van op waterstof gebaseerde verbindingen met buitengewone eigenschappen. "Het kan supergeleiding bij kamertemperatuur vertonen, een smeltovergang bij zeer lage temperatuur naar een ongebruikelijke supergeleidende supervloeiende toestand, een hoge protonische diffusie en een opslag met hoge energiedichtheid."
Met andere woorden, het wordt verwacht dat het een materiaal is dat voor onbepaalde tijd elektriciteit geleidt bij kamertemperatuur - een nuttige kwantumeigenschap - en dat energie heel gemakkelijk opslaat. Normaal gesproken supergeleiders alleen supergeleiders bij zeer lage temperaturen.
De tientallen jaren durende jacht op metallische waterstof heeft onderzoekers geleid tot tal van andere materialen die, bij iets lagere drukken, ten minste enkele van deze eigenschappen vertonen. Maar daarvoor moesten onderzoekers op ingewikkelde manieren waterstof met andere verbindingen mengen. Onderzoekers noemen ze superhydriden. Superhydriden, of metallische waterstof zelf, zouden op een dag kunnen leiden tot sterk verbeterde technologieën voor energietransport en opslag, naast andere ontwikkelingen, eerder gerapporteerd WordsSideKick.com
Planetaire wetenschappers denken ook dat metalen waterstof op de loer kan liggen in ultrazware planeten, zoals Jupiter. Maar om te begrijpen hoe dat allemaal werkte, moest ik een aantal dingen op aarde genereren.
Het probleem was dat metallische waterstof zich lijkt te vormen bij drukken die de capaciteit van zelfs de meest extreme hogedrukonderzoekslaboratoria te boven gaan. De standaardmethode voor het genereren van extreme, aanhoudende druk in een laboratorium omvat het verpletteren van een klein monster tussen de punten van twee superharde diamanten. Maar zoals WordsSideKick.com eerder heeft gemeld, beginnen zelfs na de 400 gigapascal zelfs de hardste "diamant aambeeldcelapparaten" te breken.
In 2016 beweerde een team van onderzoekers metallische waterstof te hebben gemaakt in een aambeeldapparaat met diamant, maar verzamelde het slechts beperkte gegevens. En ze waren bang om hun monster uit de greep van hun diamanten aambeeldcel te halen, anders zou het beschadigd raken. Andere onderzoekers, waaronder Loubeyre, vertelden Forbes destijds dat ze niet overtuigd waren door dat artikel - dat zijn claim op metalen waterstof baseerde op slechts één enkel datapunt: de reflectiviteit van het materiaal.
Later zeiden de wetenschappers dat ze hun monster waren kwijtgeraakt nadat hun diamanten aambeeldcel was gebroken.
De nieuwe studie baseert zijn bewering om metallische waterstof voornamelijk te maken op de manier waarop het monster de stralen van infrarood licht verandert terwijl het aambeeld wordt toegepast en druk wordt opgeheven. Om te beginnen herhaalden de onderzoekers hun experiment, waarbij de druk op en neer werd aangepast om ervoor te zorgen dat het materiaal heen en weer "overging" van schijnbaar metallische naar niet-metallische toestanden. De sleutel tot het bereiken van die hoge drukken, schreven de auteurs, was de precieze vorm van de diamanten - perfect torusvormig gemaakt door een proces dat gefocuste ionenbundeling wordt genoemd.
De studie is echter niet onderworpen aan peer review en het valt nog te bezien hoe de grotere hogedrukfysica-gemeenschap op deze claim zal reageren.
