Les résultats récemment publiés offrent des preuves convaincantes que l'hydrogène est un métal à des pressions extrêmement élevées. Mais les recherches sont-elles suffisantes pour convaincre le monde entier que l'hydrogène métallique existe?
Les théoriciens ont longtemps prédit que, à des pressions très élevées (plus de 4 millions de fois ela pression de l'atmosphère à la surface de la Terre), l'hydrogène devrait exister sous forme de métal, un matériau qui conduit l'électricité. Researchers ont chassé pour ce matériel, se retrouvant parfois avec résultats douteux. Mais au cours des dernières années, des équipes aux États-Unis, en France et en Allemagne ont fait des progrès pour confiner et compresser l'hydrogène et sonder ses propriétés à haute pression. Un nouvel article présentant les preuves les plus solides de l'hydrogène métallique a été examiné par des pairs et publiéed—mais la recherche n'est pas encore terminée.
Nous avons couvert cette recherche lors de sa première apparition sur le serveur de préimpression arXiv physics en juin dernier. Pour récapituler, le physicien Eugene Paul Wigner a prédit il y a 80 ans que, lorsque vous augmentez la pression, l'hydrogène devrait se transformer en solide et finalement dans un métal. Créer ces pressions incroyables pour confirmer la théorie est extrêmement difficile. L'équipe derrière la nouvelle recherche, dirigée par Paul Loubeyre à la Commission française de l'énergie atomique, a comprimé l'hydrogène entre les pointes de diamants à l'aide d'un appareil appelé cellule à enclume de diamant, puis a observé l'échantillon en utilisant un rayonnement infrarouge au synchrotron SOLEIL en France.
À des pressions supérieures à 300 GPa (alias 300 milliards de pascals; l'atmosphère terrestre au niveau de la mer a une pression de seulement 101 325 pascals), l'hydrogène est devenu solide et opaque à la lumière visible. UNEt 425 GPa et 80 degrés au-dessus du zéro absolu (0 Kelvin, la température où toute la matière a le minimum de chaleur), l'hydrogène est devenu opaque à la lumière infrarouge – il réfléchissait les longueurs d'onde infrarouges. Cela prouve que l'hydrogène était passé d'un état solide à un état métallique.
Loubeyre a déclaré à Gizmodo cette semaine qu'ils avaient inversé le processus, effectuant plus de mesures après avoir relâché la pression entre les diamants pour confirmer que l'hydrogène ne s'était pas infiltré entre les pointes. La clé de leurs résultats, a déclaré Loubeyre, était double: premièrement, ils utilisaient un type relativement nouveau de cellule à enclume de diamant, appelé cellule à enclume de diamant toroïdal, avec des pointes de diamant spécialement formulées qui peut résister à des pressions plus élevées que les enclumes à diamant traditionnelles. Second, theiexpérience r à SOLEIL combiné un microscope avec un spectromètre de mesure de longueur d'onde, leur permettant de mesurer plusieurs propriétés du l'hydrogène dans le diamant sisimultanément.
Cette semaine, l'équipe a publié les résultats cette recherche dans la revue Nature, signe qu'ils ont résisté à l'examen. Les résultats sont une preuve quasi définitive de la création d'hydrogène métallique, selon un Commentaire sur la nature par Serge Desgreniers, physicien de l'Université d'Ottawa qui n'a pas participé aux travaux.
Mais annoncer une découverte, ce n'est pas comme actionner un interrupteur d'éclairage; dans de nombreux cas, cela revient plus à monter un gradateur. Même maintenant que l'article a fait l'objet d'un examen par les pairs, les scientifiques ne prétendent pas avoir observé l'hydrogène métallique, comme le démontre le titre de l'article publié, qui dit seulement qu'ils ont vu des preuves de la «transition probable vers l'hydrogène métallique . " Les limites de la sensibilité de leur équipement signifiaient qu'ils ne pouvaient pas exclure l'existence d'une petite bande interdite – une petite quantité d'énergie d'entrée requise pour transformer le matériau en conducteur – et si une telle bande interdite était vraiment là, alors ils ne l'ont pas a démontré la création d'un métal pour le moment. Ils écrivent qu'il est peu probable que la bande interdite soit là, mais annonce une découverte nécessite de couvrir l'ensemble de vos bases.
Un chercheur non impliqué dans l'étude, Zack Geballe du Laboratoire de géophysique de la Carnegie Institution for Science, a déclaré à Gizmodo que le travail est une étape importante qui mènera à "une exploration plus approfondie des propriétés métalliques de cet hydrogène et de tout ce qui existe à une pression plus élevée."
Geballe a également déclaré qu'il était temps pour les mesures électriques, mettant littéralement des électrodes de chaque côté du matériau et mesurant le courant à travers lui. Ce sont des mesures difficilesments, car ils reposent sur la mise en place de minuscules électrodes sur la pointe d'un diamant et au contact de l'adolescent quantité d'hydrogène solide à haute pression. Un autre article, d'une équipe dirigée par Mikhail Eremets, a effectué une mesure de conductiviténts sur leur propre échantillon d'hydrogène uneSd a constaté que d'environ 350 GPa à 440 GPa, l'hydrogène est resté un solide moléculaire, ce qui signifie que ses atomes étaient toujours liés ensemble, plutôt que de s'asseoir comme noyaux dans un réseau d'électrons mobiles, bien qu'une autre transition vers un métal se soit produite à des pressions de 480 GPa.
Loubeyre a déclaré à Gizmodo que ces articles mesurent la pression légèrement différemment et sont probablement compatibles – que, selon leurs propres calculs, ce que l'équipe d'Eremets a mesuré à 440 GPa aurait pu se produire à 390 GPa, et les groupes pourraient observer les mêmes effets. Mais la recherche continue.
Le travail de Loubeyre est passionnant et fournit des preuves solides que l'hydrogène commence à prendre des propriétés de type métallique à des pressions élevées, comme cela avait été prédit il y a plusieurs décennies. Cela démontre également que faire une affirmation concluante, comme «nous avons créé de l'hydrogène métallique», est incroyablement difficile en science et nécessite beaucoup de preuves et de vérification entre plusieurs équipes.
"Je pense que la communauté reconnaît que les mesures sont d'une qualité exceptionnelle pour cette plage de pression, et nous en sommes fiers", a déclaré Loubeyre à Gizmodo. "Mais maintenant que nous pouvons aller dans cette plage de pression, nous allons pouvoir faire beaucoup plus de mesures." La recherche pourrait occuper les scientifiques pendant encore une décennie alors qu'ils continuent à élucider les propriétés étranges de l'hydrogène à haute pression.
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