Физики получили фазу-предшественник металлического водорода

Физики из Университета Эдинбурга получили новую фазу сверхвысокого давления для водорода — «фазу-V». По словам ученых, в ней наблюдается ослабление связи водород-водород и, возможно, она является переходным состоянием к фазе металлического водорода. Наблюдается переход при давлении 3,25 миллиона атмосфер — такие давления, предположительно, существуют в центре Земли. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Авторы использовали для достижения таких давлений алмазную наковальню, в которой между двумя алмазами помещали газообразный водород, а затем постепенно его сдавливали, вплоть до давлений 3,8 миллиона атмосфер. Благодаря прозрачности материала наковальни, сжатое вещество было доступно для изучения оптическими методами — рамановской спектроскопии. Этот метод позволяет определить колебательные характеристики молекул и, в частности, получить информацию о ее химических связях.

Физики смотрели, как меняется внешний вид спектра рамановского рассеяния в зависимости от приложенного давления. Оказалось, что при давлениях свыше 325 гигапаскаль начинает терять интенсивность один из пиков спектра — свидетельство того, что меняется электронное строение молекулы водорода. Новой фазе ученые присвоили номер «V». 

По словам авторов, наблюдения свидетельствуют о том, что в этом состоянии происходит ослабление связи водород-водород и переход от молекулярного строения вещества к металлическому. Для более подробного описания фазы-V необходимы дальнейшие эксперименты при высоких давлениях. В частности, авторы надеются определить границы существования фаз, а также установить связь между новым состоянием водорода и его металлизацией.

Гипотетическое состояние металлического водорода было предсказано еще в 1935 году и до сих пор не было получено, несмотря на многочисленные сообщения разных научных групп (которые впоследствии были опровергнуты). Считается, что разрушение связи в веществе происходит при давлениях порядка четырех миллионов атмосфер. Для металлического водорода ученые предсказывают необычные свойства — в частности, сверхпроводимость и одновременная сверхтекучесть в присутствии внешнего магнитного поля. Интересно отметить, что предсказываемая критическая температура сверхпроводящего перехода для материала — около минус 30ºC.