钻石虎钳将氢转化为金属,可能结束了80年的追求

钻石虎钳将氢转化为金属,可能结束了80年的追求

科学家使用两颗钻石将氢气压缩到高于地球核心的压力。

亚利桑那州立大学Sang-Heon Shim
钻石虎钳将氢转化为金属,可能结束了80年的追求

去年十月,哈佛大学的物理学家艾萨克·西尔维拉邀请了几位同事到他的实验室去看一看宇宙中其他地方可能不存在的东西。 一言不发,第二天早上有一条线。 一整天,数百人通过台式显微镜进入同行,在两个钻石尖端之间的红色银点上。 西尔维拉终于在下午6点关闭了商店回家。 西尔弗拉说:“兴奋消失需要数周时间。”

由于通过将氢气挤压到远远超过地球中心的压力,这种兴奋旋转起来,Silvera和他的博士后Ranga Dias已经看到它已经变成了一种能够导电的固体金属。 华盛顿卡内基科学研究所的物理学家Reinhard Boehler说:“如果这是真的,那就太棒了。”这是我们社区几十年来一直在推动的事情。

的壮举不仅仅是一个奇怪的问题。 固体金属氢被认为是超导体,能够无阻力地导电。 它甚至可能是亚稳态的,这意味着像金刚石一样,也是在高压下形成的,金属氢将保持其状态 - 甚至其超导性 - 一旦恢复到室温和压力。

尽管如此,固体金属氢的说法已经过去了,一些专家想要更多证据。 “从我们的观点来看,它并不令人信服,”在德国美因茨马克斯普朗克化学研究所寻求固体金属氢的Mikhail Eremets说。 争议领域的其他人对结果持完全敌意。 “垃圾这个词无法真正描述它,”爱丁堡大学的高压物理学家Eugene Gregoryanz说,他反对几个实验的程序。

之所以出现争议,是因为高压氢气实验很难实现,甚至更难以解释。 首先,科学家在两颗平顶钻石之间放置一个薄金属垫圈。 当钻石被曲柄连接在一起时,垫圈将氢保持在尖端之间。 强烈的压力会迫使氢进入金刚石表面的缺陷,导致它们变脆和开裂。 因此研究人员已经学会了在钻石上涂上透明保护涂层。 但是额外的材料使解释激光测量中心正在发生的事情变得棘手。 此外,过去的压力大约为400千兆帕(GPa) - 大约400万倍大气压 - 氢变成黑色,阻止激光进入。

一件紧迫的事

在极端温度下挤压氢气,科学家们可能已经找到了它成为固体金属的边界。 (氢气是一种低压气体,在一个太小而无法在左下方看到的区域。)

钻石虎钳将氢转化为金属,可能结束了80年的追求

(图)K。Sutliff / Science ; (资料)哈瓦大学的Ranga Dias和Isaac Silvera

科学家已经制造了液态金属氢 - 这种物质被认为通过在更高的温度下增加压力来形成木星等巨行星的内部。 Silvera希望在低温下工作并将氢转化为更具异国情调的东西:固体金属。 在低温下,氢气是液体。 随着压力升高,液体迅速变成非金属固体(见左图)。 1935年,普林斯顿大学物理学家Eugene Wigner和Hillard Bell Huntington预测,超过25 GPa,非导电固体氢将变成金属。 但几十年前,实验主义者超越了这个门槛,没有任何坚实的金属迹象。

Silvera和Dias声称他们已将他们的细胞推入未开发的低温和极端压力领域,成功的部分原因是他们避免连续的高强度激光监测,他们说这也会导致铁砧的钻石失效。 最终,当他们接近500 GPa时,黑色样品变得有光泽和偏红。 低强度红外激光 - 不会对钻石施加压力的风险 - 显示出样品反射率的强烈峰值,正如金属预期的那样。 只有这样,哈佛大学的一对使用不同的激光,在一个称为拉曼光谱的过程中,来验证钻石细胞中的峰值压力。

西尔维拉和迪亚斯承认,他们的红色银色斑点可能是液体而不是固体,他们不敢从钻石尖头的虎钳中释放它。 康奈尔大学的物理学家尼尔·阿什克罗夫特(Neil Ashcroft)表示,他们相信它是一种金属 - 一种“非常令人信服”的说法,他预测近50年前氢的超导状态。

Eremets和其他人说他们需要更多的证据证明团队已经创造了坚固的金属甚至是金属。 “我们只看到一个实验。它应该被复制,”Eremets说。 他还想知道该团队是否实际达到了声称的495 GPa,因为这通常是通过连续拉曼激光监测来确定的。 除了最终的495-GPa拉曼测量外,Silvera和Dias被迫估算其铁砧上螺钉圈数的压力。 加州大学伯克利分校的高压物理学家Raymond Jeanloz也希望确保被困的斑点是纯氢,因为垫圈或金刚石涂层可能已经破碎并在高压下反应。 “它过去曾欺骗过人们,”他说。

但西尔维拉仍然坚定不移。 他说,比较来自氢点中心和周围垫片的反射率测量值为495 GPa,表明样品中的氢是纯的。 至于压力测量,Silvera坚持认为他和Dias已经仔细研究并验证了他们的校准。

Silvera说他们只有一个实验要报告,因为他们想要在进行可能打破他们的老虎钳的进一步测试之前宣布他们的结果。 不久,他说,他们计划进行额外的拉曼激光测试,该测试应该揭示样品是否具有固体金属所需的规则原子晶格。 最终,他们将拧下虎钳,看看金属是否是亚稳态的。

然后,他们将再次开始实验。 声称Jeanloz称之为“氢战争”的全部胜利将需要另外一两轮证据。

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