Penemuan hidrogen baru dapat membuat superkonduktor suhu ruangan menjadi kenyataan

Efek Meissner (levitasi magnetik superkonduktor)

Hidrogen ada di mana-mana - ia menyumbang sekitar 75% dari semua materi yang kami yakin kami ketahui. Sains telah lama mempelajari atom hidrogen, karena mereka adalah bagian dari unsur kimia paling sederhana yang kita kenal. Hidrogen memberi tahu kita banyak hal tentang saat-saat paling awal di alam semesta tempat kita hidup, sebelum semuanya mulai menjadi rumit dan terpisah.

Salah satu hal yang kami pelajari dari mempelajari hidrogen adalah bahwa ketika ia padat, ia seharusnya berperilaku seperti logam alkali - dengan satu elektron valensi bebas, kami mengharapkannya untuk bertindak seperti logam lain dengan muatan +1. Tapi kita tidak bisa membuatnya bertindak seperti logam. Kami telah melakukan banyak hal untuk hidrogen; sekarang, kita bisa mendinginkannya menjadi cairan dengan mudah. Kita, makhluk fana, telah menggoda atom hidrogen menjadi kondensat Bose-Einstein. Tetapi sampai sekarang kami masih belum berhasil membuatnya berperilaku seperti logam, tidak peduli bagaimana kami menghancurkan atau mendinginkannya.

Apa kita memiliki dikelola, pada minggu lalu, adalah membuat fase baru hidrogen - bukan cairan, bukan gas.



Lingkaran satu bulan - dan memiliki fase

Terima fisika benda terkondensasi untuk diagram fasa: bagan seperti ini, yang menjabarkan perilaku hidrogen pada tekanan, volume, dan suhu yang berbeda. Segala sesuatu yang lain juga memiliki diagram fase.

Fase ruang padat - diagram fase tekanan-volume-suhu umum tiga dimensi

Misalnya, air secara kimiawi menarik: perilaku hidrogen dalam air berarti bahwa ada selusin jenis es yang berbeda, dan tidak hanya dalam pengertian tiga puluh kata-untuk-salju. Ikatan yang memberi molekul air sifat yang dimilikinya dapat berubah tergantung pada tekanan dan suhu - dan pada gilirannya mengubah sifat air itu sendiri.

Air memang gila. Siapa yang tahu?

Diagram fase air, menunjukkan bagaimana air berperilaku pada tekanan dan suhu yang berbeda

Kami hanya tidak memiliki tekanan yang diperlukan di planet kita untuk melihat hidrogen metalik. Untuk menemukan benda-benda tersebut, Anda harus melihat ke inti raksasa gas seperti Jupiter, atau kembali ke masa lalu ke beberapa ratus ribu tahun pertama setelah Big Bang. Ini adalah fase hidrogen yang tidak kita lihat di alam kita. Menggunakan berlian yang hampir tidak dapat dimampatkan untuk menghancurkan atom hidrogen bersama dengan gaya monumental, bagaimanapun, adalah salah satu cara kita dapat mulai meniru tekanan gila yang ditemukan di dalam Jupiter. Jupiter adalah tempat yang relatif untuk pejalan kaki, di sini, di tata surya kita yang beriklim sedang dan clement. Nyaman di lekukan salah satu lengan spiral galaksi kita yang biasa-biasa saja, kita hidup di pusaran yang kaya dan tenang, jauh dari titik ekstrem yang kita lihat di tempat lain di alam semesta kita yang masih mengembang. Tapi tidak begitu jauh di inti Jupiter, kondisinya cukup gila.

Tekanan yang menghancurkan di dalam Jupiter akan memadukannya menjadi bintang jika jauh lebih besar. Dan itu masih cukup panas, meski tidak memulai fusi bintang. Di 'permukaan' Jupiter, karena Jupiter memiliki permukaan yang dibedakan dengan baik yang bukan hanya merupakan batas antara kepadatan lumpur gas mulia yang sedikit berbeda, suhunya sejuk ~ 340K, sekitar 150F. Namun, menuju inti, terdapat mantel tebal hidrogen metalik yang bertanggung jawab atas medan magnet Jupiter yang mengejutkan, dan tekanan tinggi pada mantel tersebut membuat atom hidrogen harus berkumpul bersama dalam keadaan yang sangat teratur. Semakin panas dan perilakunya semakin aneh, semakin jauh Anda melangkah.

Diagram Jupiter, dari Wikipedia

Segala sesuatu yang tidak pernah Anda ketahui ingin Anda ketahui tentang anatomi Jupiter

Panas dan tekanan tinggi adalah salah satu cara untuk menciptakan kondisi logam hidrogen. Tapi ada cara lain. Temperatur rendah dan tekanan tinggi lebih praktis di Bumi ini, jika hanya karena sulit untuk mengandung beberapa atom hidrogen yang sangat panas ketika bahan-bahan tersebut dapat berdifusi pada dasarnya melalui apa pun yang Anda coba masukkan ke dalam botol.

Tiga peneliti dari University of Edinburgh menggunakan sel landasan berlian untuk menerapkan tekanan 388 gigaPascals ke beberapa atom hidrogen. Ini adalah tekanan yang menggelikan - lebih besar dari tekanan di dalam mantel hidrogen metalik Jupiter. Tetapi para ilmuwan memilih melakukannya pada suhu yang jauh lebih dingin - 300 Kelvin, yang cukup dekat dengan suhu ruangan di Bumi.

Saat mereka menaikkan tekanan, para peneliti melihat bukti spektroskopi dari ikatan yang menahan elektron dan inti hidrogen mulai menghilang. Tekanan tinggi memaksa atom untuk berdesak-desakan dan berinteraksi satu sama lain, dan ketika mereka dikemas cukup kuat, sifat-sifat benda mulai berubah. Batasan antara keadaan fase bukanlah segalanya atau tidak sama sekali; dalam kondisi ekstrim kita dapat mengamati perubahan fasa parsial, di antara keadaan di mana hidrogen tidak sepenuhnya cair, tetapi juga tidak sepenuhnya berbentuk gas, tergantung pada apa yang sebenarnya dilakukan masing-masing partikel.

Karena beberapa tanda ikatan masih ada di bawah spektroskopi Raman, tim tersebut menegaskan bahwa mereka telah menemukan fase baru hidrogen yang ada 'antara' cairan dan gas. Elektron belum semuanya dibebaskan dari intinya, jadi ini mungkin merupakan langkah perantara dalam transisi fase gas-ke-cair hidrogen (kondensasi dari gas ke cairan) pada tekanan tinggi dan suhu rendah. Mereka menyebutnya hidrogen V.

Diagram fase hidrogen yang diusulkan, hingga 400 gPa

Diagram fase hidrogen yang diusulkan, hingga 400 gPa. Sisipan menunjukkan perilaku deuterium, tidak teramati membentuk hidrogen V.

Salah satu penggunaan potensial untuk logam hidrogen mungkin sebagai superkonduktor suhu kamar. Superkonduktor semacam itu telah terbukti sulit dipahami di dunia nyata, dan tekanan yang dibutuhkan untuk membuat hidrogen metalik mungkin membuatnya berada di luar jangkauan kita. Pemikiran saat ini adalah bahwa dibutuhkan sekitar 400 GPa tekanan untuk membuat hidrogen metalik pada suhu kamar. Itu setara dengan empat juta atmosfer tekanan. Tim peneliti bermaksud untuk terus mengulangi eksperimen pada tekanan yang lebih tinggi sampai mereka membentuk hidrogen metalik atau landasan berlian hancur.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com