Після 80-річних безуспішних пошуків фізикам, нарешті, достовірно вдалося отримати металевий водень. Саме у такій формі він існує в надрах гігантських планет – і може використовуватися в технологіях майбутнього.

Ісаак Сілвера (Isaac Silvera) і Ранга Діас (Ranga Dias) з Гарвардського університету використовували алмазні ковадла, створивши надвисокий тиск, що перевищує тиск у центрі Землі. Це дозволило зблизити атоми водню в зразку настільки тісно, що їхні електрони «успільнились» і стали рухатися по вільних траєкторіях, забезпечуючи електропровідність та інші властивості металів. Про довгоочікувану подію автори розповідають в статті, опублікованій журналом Science.



Ще в 1935 р. фізик і теоретик, майбутній лауреат Нобелівської премії Юджин Вігнер передбачив, що при тиску вище 25 ГПа (250 тис. атмосфер) молекулярний водень повинен здійснювати фазовий перехід і ставати металевим. Такий тиск в сотні разів вищий, ніж на дні Безодні Челленджера в Тихому океані, так що відтворити потрібні умови довгий час не було можливостей.

Більш того, у міру розвитку фізики і квантової механіки стало ясно, що металевий водень вимагає ще більш високих тисків: 400-500 ГПа, вище, ніж у центрі Землі. За останні 20 років було зроблено декілька повідомлень про його отримання в лабораторії, але дані експериментів виявилися не дуже надійними і не раз піддавалися критиці. Влітку 2016 р. Ісаак Сілвера і його колеги домоглися потрібного переходу – але лише на частки секунди – і мали намір підтвердити досягнення ще раз.

У нових експериментах команді Сілвери вдалося отримати тиск 495 ГПа, стиснувши зразок між загостреними і ретельно обробленими кінцями пари штучних алмазів. Додаткову міцність цьому «ковадлу» додало напилення з оксиду алюмінію, непроникного навіть для найдрібніших атомів водню. Вчені зафіксували, що при порівняно низьких тисках зразок водню залишався прозорим і непровідним), потім потемнів, а при 495 ГПа став блискучим, відбиваючи світло, як справжній метал.

Металевий водень цікавить вчених з різних сторін. Його вкрай цікаво вивчити, оскільки саме в цій формі водень існує в надрах великих небесних тіл, таких як Юпітер. Але він же може знайти застосування і на Землі – в якості компонента нового покоління ракетного палива і просто електроніки. Теорія передбачає, що металевий водень повинен бути високотемпературним надпровідником, за яким так давно полюють фізики.

Більш того, згідно з деяким моделям, металевий водень можна буде використовувати в звичайних умовах. Передбачається, що величезний тиск потрібен лише для його утворення, а згодом він збереже цей стан навіть при кімнатній температурі і тиску в одну атмосферу. З'ясувати це ми можемо вже досить скоро.