比TNT強40倍!法國科學家將氫氣變成了金屬氫,還是一種超導體

2020-12-04 有趣探索

趣味探索訊 過去,天文學家一直存在一個疑問,為什麼土星的第六顆衛星泰坦表面會自然出現天然氣湖泊呢?後來才知道泰坦星上極端壓力環境所致,比我們地球大氣壓還要強好多倍的大氣壓。所以當壓力達到一定強度後,就算是空氣也會變固體,甚至還能變成金屬,比如氫氣就能變成「金屬氫」。

可能很多人覺得這太不可能,不過這是事實,在2017年,哈佛大學研究人員稱,當給氫氣施加上百萬個大氣壓後,氫氣變成了固體-「金屬氫」,一種完美超導體,一種比普通TNT炸藥能量還強40倍的罕見固體。然而一個月後研究人員稱,由於失誤操作,他們製造出來的金屬氫樣品被毀了。

目前,實驗室中製造金屬氫唯一方法是,使用金剛石砧壓縮氫原子直到改變狀態,不過這種方法太過原始,所以科學家希望能找到另一種合成金屬氫的方法,因為金屬氫的完美特性實在是太誘人了,未來可以給人類提供無限應用。最近,法國科學家團隊在實驗室環境中再次製造了金屬氫。

當法國科學家團隊公布這一實驗成果時,遭到了眾多科學家的質疑,但它可能是真實的,因為法國科學家稱觀察到425 GPa附近的金屬氫的一級相變。科學家指出由於量子限制規則,「金屬氫的存在」是無可爭議的。具體來說,就是任何物質內部電子運動受到足夠限制時,最終會發生所謂的「帶隙閉合」,即變成導電金屬。

法國研究團隊使用了「鑽石鐵砧」,鑽石尖端是環形的,也就是說鑽石中間有一個類似甜甜圈的圓環空隙,然後給甜甜圈內氫氣施加400GPa的壓加,接著慢慢增加壓力,當氫氣樣品壓力達到425GPa和-193°C溫度時,開始吸收紅外輻射,這表明金屬氫已經「封閉了帶隙」,即金屬氫已經生成了。

有科學家認為,壓力巨大的木星內部可能存在著金屬氫。目前,這項最新研究成果尚並未得到同行評審,不過該實驗已得到了其他物理學家的驗證。有科學家對哈佛大學研究人員在2017年製造的金屬氫表示懷疑,因為它很快消失了,所以現在這才是值得獲得諾貝爾獎的研究成果。

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    ,甚至可能導致超導的高壓結構相變(本研究中氫的第四相),這項發現發表在《自然》期刊上,氫(H2)是宇宙中最豐富和最輕的元素之一。六十年來一直有人猜測純氫的金屬化可能促使室溫超導體的出現,儘管這至今仍是一個懸而未決的問題。然而,需要巨大的壓力才能充分壓縮氫以達到這種金屬狀態。經過過去三十年不懈的實驗努力,固體氫已被壓縮到接近400 GPa(大約地球中心的壓力)的壓力,並且在沒有足夠的結構約束情況下,基於光譜觀察,已經確定了六種高於100 GPa的高壓分子相。
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