Иногда научные эксперименты приводят к результатам, которые невозможно предугадать, и именно так произошло во время изучения поведения материалов под экстремальным давлением. Золото, долгие годы остававшееся образцом инертности, неожиданно проявило реактивные свойства и образовало новое соединение. Этот эффект возник в условиях, приближённых к недрам планет-гигантов, сообщает Earth.
Исследователи, работавшие под руководством Мунго Фроста из Стэнфордского центра линейных ускорителей, изначально стремились изучить превращение углеводородов в алмаз. Для этого в алмазной наковальне создавалось давление, сопоставимое с нижней мантией Земли, а образцы подвергались лазерному нагреву. Золотая фольга использовалась как пассивный материал, аккумулирующий рентгеновское излучение, — золото традиционно выбирают из-за его химической стабильности.
Однако в условиях температуры выше 3500 °F и давления, значительно превышающего земное, водород проник в кристаллическую структуру золота и сформировал гидрид. Это стало первым подтверждённым случаем образования твёрдого соединения, состоящего исключительно из атомов водорода и золота. Наблюдения показали, что водород изменяет рентгеновское рассеяние металла, что позволило зафиксировать фазу соединения.
В установке European XFEL в Германии мощные рентгеновские импульсы нагревали золотую фольгу, погружённую в плотный водород и углеводороды. Алмазная наковальня удерживала образец под колоссальным давлением, а лазерный нагрев позволял наблюдать структуру вещества в реальном времени.
Изначально исследователи фиксировали образование алмазной решётки, что соответствовало их модели. Но дополнительные данные показали, что водород диффундирует через гексагональную решётку золота, создавая новое соединение. При охлаждении образец распадался, возвращаясь к чистому металлу, что подтверждало нестабильность гидрида вне экстремальных условий.
Полученные данные важны для понимания внутреннего строения гигантских планет. В глубинах Юпитера давление столь велико, что водород проявляет свойства проводящей жидкости. Наблюдение суперионного состояния водорода внутри структуры золота позволяет изучать эти процессы в контролируемой среде.
Модели показывают, что даже малые отклонения в поведении плотного водорода меняют прогнозы термоядерных реакций, поэтому новые измерения дают точную основу для расчётов. Это также позволяет прояснить роль водородных соединений в генерации магнитных полей планет-гигантов.
Такое сопоставление показывает, насколько сильно меняются свойства даже благородных металлов при сверхвысоком давлении.
Оно практически не вступает в реакции при обычных условиях и сохраняет структуру десятилетиями.
Структура удерживается только при сверхвысоких температурах и давлении — при их снижении водород выходит из решётки.
В моделировании термоядерных процессов, изучении недр планет и разработке новых материалов.