Yıllık Keşif: Metal Hidrojen! Asırlık teori nihayet muhteşem gerçeğe dönüşünü tamamladı!
Yaklaşık bir asır sonra, Harvard Üniversitesi'ndeki bilim adamları nihayet önceki teoriyi gerçeğe dönüştürmeyi başardılar. Gezegendeki en nadir ve en değerli malzeme olan metalik hidrojen atomlarını yarattılar.
Bu materyal, Harvard Üniversitesi Doğa Bilimleri Bölümü'nde profesör olan Issac Silvera ve doktora sonrası araştırmacısı Ranga Dias tarafından keşfedildi. Bilim adamlarının maddenin doğasıyla ilgili temel soruları yanıtlamalarına yardımcı olmak için metal hidrojenin pratik kullanımına ek olarak, teorik olarak, bu malzeme aynı zamanda oda sıcaklığında süper iletken olarak kullanılması gibi çok çeşitli potansiyel işlevlere sahiptir.
Bu nadir materyali keşfeden makale 26 Ocak'ta Science dergisinde yayınlandı.
Issac Silvera, Doğa Bilimleri Profesörü, Harvard Üniversitesi
"Bu keşif, yüksek basınç fiziğinin kutsal kasesine benziyor. Silvara keşfini bu şekilde anlattı. "Bu, Dünya üzerindeki ilk metal hidrojen örneğidir. Ayrıca, bu örneği gözlemlediğinizde, dünyada hiç var olmayan bir şeyi gördüğünüzü de gösterir!
Metal hidrojeni elde etmek için Silvala ve Diaz çok çaba sarf ettiler. Küçük bir katı hidrojen numunesi yerleştirdiler. 495 Giga Pascal yüksek baskı altında (Yaklaşık 4,88 milyon atmosfere eşdeğer), Bu değer, dünyanın merkezinde bulunan basınç değerini bile aşmaktadır.
Bu aşırı basınç altında, katı kristal kafes üzerinde bulunan hidrojen moleküllerinden oluşan katı hidrojen ayrışır ve aynı zamanda moleküler ayrışma sıkıca birleştirilir, Daha sonra metalik özelliklere sahip atomik hidrojene dönüştürülür.
Elmasın örs üzerine uyguladığı basınç, dünyanın merkezindeki basıncı bile aşıyor.
Bu çalışma, yalnızca insanların hidrojenin genel doğasını anlamasına yardımcı olmakla kalmaz ve önemli bir yeni pencere sağlar. Aynı zamanda, potansiyel olarak devrim niteliğindeki bu yeni materyali incelemek için eşi görülmemiş yeni bir yol sağlar.
Silvara: "Metalik hidrojenle ilgili birçok tahmin arasında en önemlisi, malzemenin "Kararlı , Yani, malzemenin kendisi dengeli bir durumda değildir, ancak nispeten kararlı bir durumda kalabilir.
Bu, basınç ortadan kaldırılsa bile malzemenin metalik özelliklerini koruyacağı anlamına gelir. Bu, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşullarında elmas hazırlamak için grafit kullanımına biraz benzer.Normal sıcaklık ve basınca geri döndürüldüğünde, elmas grafite geri dönmek yerine elmas durumunu yine de koruyacaktır.
Silvala, bu malzemenin kararlı olup olmadığını belirlemenin çok önemli bir konu olduğunu söyledi. Önceki tahminler, metalik hidrojenin oda sıcaklığında süper iletken olduğunu gösteriyor.
"Bu devrimci bir keşif olacak, Profesör Silvara devam etti. "Elektrik şebekesinde enerjinin% 15'e varan kısmı enerji nakil hattında kayboluyor. Dolayısıyla bu malzeme kablo yapımında ve şebekede kullanmada kullanılabilirse bu durum tamamen tersine dönecektir.
Diaz dedi, Oda sıcaklığı süperiletkenlerine kesinlikle "Fiziğin Kutsal Kasesi" denebilir. Maglev yüksek hızlı trenleri mümkün kılarak ulaşım sistemimizde devrim yaratabilir. Aynı zamanda elektrikli araçları daha verimli hale getirebilir ve birçok elektronik cihazın performansını artırabilir.
Metal hidrojen, enerji üretimi ve depolamasında da büyük değişiklikler getirebilir Süperiletkenler sıfır direnç özelliklerine sahip olduğundan, enerji süper iletken bobindeki akımla depolanabilir ve daha sonra gerektiğinde kullanılabilir.
Yeterli basınç altında, şeffaf hidrojen molekülleri siyah hidrojen yarı iletkenlerine ve ardından metal hidrojen atomlarına dönüştürülür.
Metal hidrojenin dünyadaki insan yaşamını dönüştürmek için büyük bir potansiyeli vardır, Aynı zamanda dünyada bilinen en güçlü roket itici gazı olarak insanlığın uzak uzayı keşfetmesine de yardımcı olacaktır.
Silvara, "Metal hidrojenin hazırlanması çok fazla enerji tüketir. Bu nedenle, hidrojen moleküllerine geri dönüştürülürse, içinde depolanan tüm enerji açığa çıkacaktır. Bu, metalik hidrojeni insanlığın bildiği en güçlü roket itici gücü haline getirecek ve havacılık alanında devrim yaratacak.
Bir roketin yakıt yanma verimliliğini ölçen birim "özgül itici güçtür, yani iticinin roketin arkasından enjekte edildiği hızdır ve birimi ikincidir. Şu anda, en güçlü sıvı pervanenin özgül dürtüsüdür. 450 saniye , Ve metal hidrojenin teorik oranı ulaştı 1700 saniye .
Silvara, "Bu, dış gezegenleri keşfetmeyi çok daha kolay hale getirecek. Metalik hidrojenin önemi, roketin fırlatma aşamasının mevcut ikiden bire düşürülmesine yansıyor. Aynı zamanda artırabiliriz. Yük, yörüngeye gönderilir.
Bu yepyeni malzemeyi yaratmak için Silvara ve Diaz, toprak elmas üzerindeki en sert malzemelerden birini seçtiler.
Ancak kullandıkları elmaslar doğal elmas değildir. Dikkatlice cilalanmış iki sentetik elmastır. Bu iki elmas, kullanılmadan önce onları daha güçlü hale getirmek için özel bir işlemden geçirildi. Daha sonra, iki elmas, elmas tezgah örsüne yerleştirilir.
Resimdeki üst ve alt elmaslar hidrojen moleküllerini örse karşı sıkıştırır Yeterli basınç altında örnek sağdaki resimde hidrojen atomlarına dönüşür.
Silvara, "Elmasın yüzeyini parlatmak için elmas tozu kullandık, ancak elmas yüzeyinin yapısını bozabilir ve karbon atomlarını soyabilir. Elmas yüzeyini atomik kuvvet mikroskobu ile gözlemlediğimizde, biraz bulduk. Kusurlar Bu kusurlar malzemenin gücünü zayıflatabilir ve malzemenin kırılmasına neden olabilir.
Silvara, bu sorunu çözmek için reaktif bir iyon aşındırma işlemi kullandıklarını anlatmaya devam etti. Elmasın yüzeyinden sadece 5 mikron kalınlığında küçük bir ince tabaka kazınır - kalınlık insan saçının çapının yalnızca onda biri kadardır. Daha sonra, hidrojenin elmas kristal yapısına yayılmasını ve malzemenin gevrekleşmesine neden olmasını önlemek için elmasın yüzeyini ince bir alüminyum oksit tabakasıyla kapladılar.
40 yıldan fazla aralıksız sıkı çalışmanın ardından, Silvara bu materyale ilk kez tanık olduğunda çok heyecanlandığını itiraf etti. Bu günde, metalik hidrojenin ilk teorik düzeyde önerilmesinden bu yana yaklaşık bir yüzyıl geçti!
Doktora sonrası araştırmacı Ranga Dias ve bu keşifte kullanılan deneysel ekipman
"Bu gerçekten heyecan verici. O zamanlar araştırma ekibi deneyler yapıyordu ve herkes bu hedefe ulaşabileceğimizi düşünüyordu. Sonra beni aradılar ve dediler, "Örnek parlıyor! Hemen bakmak için aşağı koştum ve onun gerçekten metalik hidrojen olduğunu anladım! Profesör Sylvara heyecanla hatırladı. "Hemen ölçüm onayı yapmamız gerektiğini söyledim, bu yüzden daha sonra laboratuvarı yeniden düzenledik ... yaptığımız da buydu.
"Bu benzersiz bir başarı, metal hidrojen sadece bu elmas örs içinde bulunabilse bile, bu keşif çok önemli bir devrimci başarı olarak kabul edilebilir."
