Bir Zamanlar Teori Olan Metal Hidrojen Gerçek Oldu
Moleküler hidrojeni sıkıştıran elmas örslerin mage’si. Daha yüksek basınçta numune sağda gösterildiği gibi atomik hidrojene dönüşür.
Harvard bilim adamları teorisini kurduktan yaklaşık bir asır sonra dünyanın en değerli ve en nadir materyallerinden olan metal hidrojeni oluşturmayı başarmışlardır.
Malzeme – atomik metalik hidrojen – Thomas D. Cabot Doğal Bilimler Profesörü Isaac Silvera ve doktora sonrası Ranga Dias tarafından hazırlandı. Bilim adamlarının maddenin doğası ile ilgili temel soruları yanıtlamasına yardımcı olmanın yanı sıra, malzeme, oda sıcaklığında bir süper iletken de dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesine sahip olacak şekilde teorik olarak tasarlanmıştır. Nadir bulunan materyalin oluşturulması, Science dergisinde yayınlanan 26 Ocak tarihli bir makalede açıklanmaktadır.
“Bu yüksek basınçlı fiziğin kutsal kapısıdır,” dedi Silvera. “Bu, dünyadaki metalik hidrojenin ilk örneğidir, bu yüzden ona baktığınızda, daha önce hiç var olmayan bir şeylere bakıyorsunuz.” Bunu oluşturmak için, Silvera ve Dias, 495 gigapaskal’da veya 71,7 milyon pound / inç karelik küçük bir hidrojen numunesini, dünyanın merkezindeki basıncın üzerindeyken sıktılar. Bu aşırı basınçlarda, Silvera, katı maddenin hidrojen atomu olan katı moleküler hidrojeni parçaladığını ve sıkı bağlanmış moleküllerin atomik hidrojene dönüştüğünü açıkladı. Çalışma, hidrojenin genel özelliklerini anlamak için önemli bir yeni pencere sunarken, potansiyel olarak devrim niteliğindeki yeni malzemeler için ipuçları sunuyor. Silvera, “Metalik hidrojenin çok önemli olduğu tahmininin meta kararlılığı öngörülüyor” dedi. “Basıncı düşürürseniz metalik kalır, elmasın yoğun ısı ve basınç altında grafitten oluşma biçimine benzer, ancak basınç ve ısı çıkarıldığında elmas kalır”. Silvera, malzemenin istikrarlı olup olmadığını anlamak için önem taşıdığını belirtiyor, çünkü metalik hidrojenin oda sıcaklığında bir süper iletken olabileceğini öngörüyor. “Bu devrim olur” dedi. “İletim esnasında enerjinin yüzde 15’i dağılmak üzere kayboluyor, bu nedenle bu malzemeden teller yapabilir ve bunları elektrik şebekesinde kullanabilirseniz, bu hikayeyi değiştirebilir.” Fizikteki kutup kümeleri arasında, oda sıcaklığında bir süper iletken olan Dias, ulaşım sistemimizi radikal bir şekilde değiştirebilir ve yüksek hızlı trenlerin manyetik levidelerini kaldırmayı ve elektrikli arabaları daha verimli hale getirmeyi ve birçok elektronik cihazın performansını yükseltebilir. Malzeme aynı zamanda enerji üretiminde ve depolamada önemli gelişmeler sağlayabilir – çünkü süper iletkenlerin sıfır direnç enerjisi süper iletken bobinlerdeki akımları koruyarak depolanabilir ve daha sonra gerektiğinde kullanılabilir.
Şeffaf molekülerden siyah molekülere, ondanda atomik metalik hidrojene artan basınçla geçiş yapan sıkıştırılmış hidrojen fotoğrafları. Yukarıdak çizimler, sıkıştırılan ve daha sonra atomik hidrojene ayrışan bir moleküler katı gösteriyor.
Dünyanın yaşamını dönüştürme potansiyeline sahip olmasına rağmen, metalik hidrojen, insanların keşfedilmemiş en güçlü roket itici rolündeki gibi, uzayın uzaydan keşfetmelerine yardımcı olan önemli bir rol oynayabilir.
“Metalik hidrojen yapmak için muazzam miktarda enerji gerekiyor” diye açıklıyor Silvera. “Ve onu moleküler hidrojene geri döndürürseniz, bu enerjinin tamamı serbest bırakılır, bu nedenle bu enerjiyi insana en güçlü roket itici haline getirir ve roketizmi devrim yaratabilir.”
Günümüzde kullanılan en güçlü yakıtlar “belirli bir dürtü” ile nitelendirilir – bir roketin arkasından bir itici gazın 450 saniyede ne kadar hızlı ateşlendiği saniyeler içinde ölçülür. Metalik hidrojen için spesifik dürtü, karşılaştırıldığında 1,700 saniyedir.
“Bu kolayca dış gezegenleri keşfetmenize izin verir,” dedi Silvera. “İki uça karşı tek bir aşamada roketleri yörüngede gezebiliriz ve daha büyük yükler gönderebiliriz, bu da çok önemli olabilir” dedi.
Yeni malzeme oluşturmak için, Silvera ve Dias, Dünya elmasındaki en zor malzemelerden birine yöneldiler.
Ancak doğal elmastan ziyade, Silvera ve Dias dikkatle cilalanmış iki küçük sentetik elmas parçasını kullandı; daha sonra bunları daha sert yapmak için işlem gördüler ve daha sonra birbirlerine karşı elmas örs hücresi olarak bilinen bir aygıta monte edildiler.
Silvera, “Elmaslar elmas tozu ile cilalandı ve bu yüzeyden karbon çıkartabilir” dedi. “Atom kuvvet mikroskopisini kullanarak elmasa baktığımızda kusurları bulduk ki zayıflamış ve kırılmıştı.”
Çözümün elmasın yüzeyinden sadece beş mikron kalınlığında veya bir insan saçının onda biri kadar ince bir tabakayı traş etmek için reaktif bir iyon soyma işlemi kullanması gerektiğini söyledi. Elmaslar daha sonra, hidrojenin kristal yapılarına dağılmasını ve onları eskitmesini önlemek için ince bir alümina tabakasıyla kaplandı.
Silvera, metalik hidrojende dört yıldan fazla çalıştıktan sonra ilk teorisine girdikten yaklaşık bir yüzyıl sonra malzemenin ilk kez görünce heyecan verici olduğunu belirtti.
“Gerçekten çok heyecan verici” dedi. “Ranga deneyi yapıyordu ve oraya gelebileceğimizi düşündük, ancak beni aradı ve” Örnek parlıyor “dediğinde, oraya koşmaya gittik ve metalik hidrojen oldu.
“Hemen bunu onaylamak için ölçüm yapmamız gerektiğini söyledi, bu yüzden laboratuarı yeniden düzenledik … ve yaptığımız da buydu” dedi. “Bu muazzam bir başarı ve yüksek basınçlı bu elmas örs hücresinde mevcut olsa bile, bu çok temel ve dönüştürücü bir buluş.”
Kaynak : phys.org
