HighTech Британские ученые уверены, что им, наконец, удалось вплотную приблизиться к созданию долгожданного нового состояния водорода. Они добились этого, подвергнув газ невиданному ранее давлению, в результате чего элемент принял кристаллическую форму. Ранее такого еще никому не удавалось добиться. В интервью издательству Nature команда ученых раскрыла детали эксперимента и заявила, что исследователи находятся всего в нескольких шагах от создания так называемого металлического водорода. Загадочный материал, разговоры о котором велись еще 80 лет назад, может стать неотъемлемой частью сверхбыстрых компьютеров и даже ракетного топлива нового поколения.
«Есть все основания полагать, что мы добились такого состояния материала, которое позволяет использовать его в качестве прекурсора для металлического водорода»,- объяснил Росс Хоуи из Эдинбургского университета. Согласно опубликованному в журнале Nature исследованию, под воздействием давления, превышающего 350 гигапаскаль (3 500 000 атмосфер), и при комнатной температуре водород изменяется, приобретая новую структуру. Примечательно то, что эта новая структура, предположительно, может стать прекурсором для для металлической фазы водорода, существование которой теоретики предсказывали еще 80 лет назад.
Будучи самым простым, легким и распространенным элементом во Вселенной, водород вызывает к себе фундаментальный интерес ученых из многих отраслей науки. Теоретически, при высоком давлении и низкой температуре молекулярная система водорода меняется, и он входит в так называемое металлическое (или атомное) состояние.
Понимание и осознание этих процессов является критически важным для современной планетарной науки, поскольку водород может содержаться даже в ядрах Юпитера и его спутников. Если это так, то именно в этом и кроется причина исходящих от этой планеты невероятных магнитных полей. Кроме того, новое состояние водорода, предположительно, таит в себе множество неизученных феноменов и свойств, таких как сверхпроводимость и сверхтекучесть, изучение которых может привести к значительным технологическим прорывам.
Возможность достижения необходимых условий для преобразования водорода в экспериментальной лаборатории появилась лишь недавно, так как исследования высокого давления не были достаточно развиты. Еще 4 года назад максимальное давление, которое технологии позволяли применить к тому или иному элементу, было вдвое меньше необходимого для проведения эксперимента с водородом. Только после технологического прорыва, позволившего осуществить подобный эксперимент, требующий применения гигантского давления, это исследование, наконец, стало возможным. Ученые Филипп Дэлладэй-Симпсон, Росс Хоуи и Евгений Григорянц провели его, и результатом стало вхождение водорода в новую фазу под названием фаза V.
Отслеживание процесса трансформации под воздействием высокого давления, подчас достигающего 400 и даже 450 гигапаскаль, с помощью рамановской спектроскопии, а также сравнение полученных практических данных с теоретическими позволяет предположить, что фаза V может стать прекурсором для металлической и атомной фазы водорода. Проведенная работа несомненно придаст новый импульс как теоретическим, так и экспериментальным усилиям к понимаю совершенного открытия и в скором будущем приведет задумку ученых к конечному результату.
Чтобы сжать молекулы водорода с необходимой силой, группа исследователей использовало устройство под названием «алмазная наковальня». Этот аппарат является ничем иным как двумя камнями, расположенными друг напротив друга, идеально отполированные наконечники которых не превышают в толщине человеческий волос. Эта «наковальня» и используется для сжатия образцов водорода. «Объем водорода, взятого нами для эксперимента, составляет примерно один кубический микрон. Этот размер примерно соответствует размеру кровяной клетки»,- рассказал Филипп Дэлладэй из Эдинбургского университета. Предполагается, что в конечном итоге атомы водорода должны настолько плотно соединиться друг с другом, что их электроны становятся как бы единым целым - в точности также, как это происходит в металлах. Хотя в данный момент исследователи не располагают доказательствами этого процесса из-за невозможности «взглянуть» на него, есть все основания полагать, что такое объяснение является самым логичным. Так или иначе, именно пристальное изучение этого процесса и может стать следующей целью ученых.
Помимо всего прочего, исследование раздвигает рамки представления о том, какое давление может выдержать металлический водород. В ходе эксперимента исследователи выяснили, что он сохраняет свою структуру при давлении вплоть до 450 гигапаскаль. Одним из наиболее важных показателей является температура окружающей среды, так как если описанные выше операции можно свободно проводить при комнатной температуре, это означает, что из него можно сделать новый тип идеального проводника (с нулевым сопротивлением).
Подобный материал может значительно ускорить быстродействие компьютеров нового поколения. «Теоретики прошлого считали, что металлический водород может быть идеальным сверхпроводником в условиях комнатной температуры. Ни один из известных сегодня материалов и близко не стоял с ним по своим свойствам»,- рассказал доктор Хоуи. «Тем не менее, из-за того, что эксперимент проводится с крайне малым объемом водорода, на этот счет трудно дать какое-либо подтверждение»,- заметил он.