Водород довели до.. сверхпроводимости!

Недавно двум ученым, Михаилу Еремцу и Ивану Трояну, в результате лабораторных экспериментов удалось то, чего не могли осуществить многие физики и химики — получить металлический водород. Как известно, этот элемент в подобном состоянии может проявлять свойства сверхпроводника при комнатной температуре. Поэтому открытие стало настоящей сенсацией.

Я думаю, многие из нас еще тогда, когда учились в школе, то часто задавались вопросом — почему всем известный и нежно любимый нами водород находится в таблице Менделеева в двух группах — в I и в VII. И, наверное, те, кто задавал этот вопрос учителю химии, узнали от него, что это происходит потому, что поскольку электронный уровень 1s вмещает не более двух электронов, то атому водорода (у которого он один) в общем-то все равно — для того, чтобы достичь устойчивой электронной конфигурации, можно и приобретать чужой, и терять свой электрон .

Именно поэтому он может отдать электрон, как поступают металлы (при образовании галогеноводородов), а также перетянуть к себе чужой, как это делают неметаллы (при образовании гидридов металлов). Причем, как показывает опыт, охотнее водород все-таки отдает, нежели отбирает. Исходя из этого, логично предположить, что "в душе" он все-таки металл.

Читайте также: Таблица Менделеева: три новых элемента

Однако не все так просто, особенно когда речь заходит о физических свойствах этого элемента. В норме, как мы помним, водород — это газ, а таковое для металлов не характерно, они в нормальных условиях чаще всего твердые вещества (и лишь иногда — жидкости). Кроме того, водород в чистом виде ведет себя как диэлектрик, а металлы в норме — проводники. Исходя из этого, большинство химиков и физиков склонны воспринимать этот газ как неметалл.

Тем не менее, некоторые ученые считают, что в особых условиях от водорода можно добиться, чтобы он вел себя так, как положено металлу. Еще в 1935 году американские исследователи Юджин Вигнер и Хиллард Хантингтон предположили, что молекулярный водород в условиях высокого давления (что-то в районе 250 000 атмосфер) должен приобретать металлические свойства. При этом, согласно расчетам, металлический водород может переходить в сверхпроводящее состояние при температуре в 200-400 К (а это от -73 до + 127 градусов Цельсия, то есть в данный диапазон попадает и комнатная температура!).

Ученые также выяснили, что металлический водород может оказаться метастабильным, то есть после снятия давления не будет сразу возвращаться в привычное состояние газа с диэлектрическими свойствами, а какое-то время побудет сверхпроводником.

Как видите, если бы людям удалось каким-то образом добыть металлический водород, то проблема создания электрических сверхпроводников, работающих при нормальных для человечества температурах, была бы решена раз и навсегда. Но вот беда — в природе таковой практически отсутствует. Правда, считается, что он может быть в достаточных количествах в верхних слоях "коры" Юпитера, где, как известно, давление весьма высоко, но ведь оттуда его не достанешь. Мы и к соседнему Марсу слетать-то никак не соберемся, чего уж про Юпитер говорить…

Именно поэтому ученые уже достаточно долгое время пытаются получить металлический водород в лабораторных условиях. Однако вопрос о том, наблюдалась ли в данных экспериментах искомая "металлизация", остается спорным — исследователи не могли представить убедительных доказательств. Более того, ряд опытов даже свидетельствовал об обратном — в недавних экспериментах, проведенных при температуре ниже 100К, было показано, что водород сохраняет молекулярное диэлектрическое состояние даже под давлением в 300 Гпа. То есть даже в таких адских условиях упрямый элемент никак не хотел становиться металлом.

 

 

Тем не менее, на днях весь научный мир потрясло известие о том, что два ученых из Химического института Макса Планка в Майнце, Михаил Еремец и Иван Троян смогли в лабораторных условиях получить долгожданный металлический водород. Как следует из статьи экспериментаторов (с ней можно ознакомиться здесь), они использовали так называемую алмазную наковальню — установку из двух кристаллов алмаза, между остриями которых была помещена изолирующая прокладка.

В ее отверстие был помещен образец (газ в сжимаемой емкости) диаметром в ~10 и толщиной в ~2 мкм. Чтобы регистрировать сопротивление, к нему подвели тонкие (около 50 нм в диаметрое) электроды. После чего ученые стали постепенно увеличивали давление и отслеживали изменения свойств водорода. К слову сказать, все это происходило при комнатной температуре (то есть при 295 К или 22 градусах Цельсия).

По словам экспериментаторов, когда давление достигло отметки 178 ГПа, водород и изолирующая прокладка оставались прозрачными. Однако позже, при 200 ГПа образец начал темнеть, то есть стал непрозрачным (первое свидетельство его превращения в металл). При дальнейшем повышении давления, на отметке в 234 ГПа образец стал совсем непрозрачным, а при 250 ГПа и того больше — начал отражать свет (то есть заблестел, подобно большинству металлов).

Также было установлено, что давление в 220 Гпа привело к тому, что в образце появилась электропроводность, а повышение давления до 260-270 ГПа вызвало резкий рост проводимости, которая стабилизировалась на новом уровне и практически не менялась, если давление поднимали до 300 ГПа. Подобное изменение характеристик вещества физики и считают признаком перехода в металлическое состояние.

Интересно, что подобное предположение подтвердилось и во время контрольного лазерного облучения: при давлении до 260 ГПа воздействие гелий-неонового лазера на образец приводило к снижению сопротивления, а после — давало противоположный эффект (что обычно и происходит в таких условиях с металлами).

Чтобы окончательно удостовериться в том, что им удалось получить именно металлический водород, а не что-то иное, Еремец и Троян охладили образец до 30 градусов Кельвина. И хотя сопротивление немного поднялось, тем не менее электропроводность образец не потерял. так и остался проводящим. Обратное же превращение металлической фазы в молекулярный водород началось лишь тогда, когда давление снизили до 200 ГПа.

Итак, судя по всему, немецким физикам российского происхождения, Михаилу Еремцу и Ивану Трояну впервые удалось получить металлический водород. И хотя на многих коллег это открытие произвело огромное впечатление, нашлись и скептики, усомнившиеся в корректности проведения эксперимента. Они отмечают, что при данных опытах металлические электроды и эпоксидная смола могли взаимодействовать с водородом во время сдавливания и сильно исказить результаты.

А авторитетный материаловед Артур Руофф из Корнеллского университета (США) указывает на одну странность — по его мнению, весьма подозрительным кажется то, что сопротивление металлического образца при охлаждении до 30 К увеличилось аж на 20 процентов! Он отмечает, что у типичного металла в таких условиях оно должно было либо снизиться, либо показать гораздо более существенный рост.

Читайте также: Алкоголь поможет построить станцию мощнее АЭС

Тем не менее, все ученые убеждены, что работа, которую провели экспериментаторы, в любом случае дала положительный результат — она вновь оживила угасший было интерес к проблеме получения металлического водорода. А это означает, что в ближайшем будущем данные эксперименты будут повторены во множестве лабораторий, что в свою очередь и покажет, удалось ли Еремцу и Трояну получить долгожданный металл из водорода или нет…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"

Встройте "Правду.Ру" в свой информационный поток, если хотите получать оперативные комментарии и новости:

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Добавьте "Правду.Ру" в свои источники в Яндекс.Новости

Также будем рады вам в наших сообществах во ВКонтакте, Фейсбуке, Твиттере, Одноклассниках, Google+...

Западные журналисты продолжают писать о своих первых впечатлениях от России и россиян. Впечатления оказываются противоположными тому, что говорят западные СМИ.

ИноСМИ и болельщики: "Нам врали о нищей и злой России"

Россия засомневалась во власти - после выходок правительства Медведева и чиновников Кремля высокий и ранее непоколебимый рейтинг Путина снижается. Он уже стал похож на рейтинг Горбачева...

Пенсионная реформа власти низвела Путина до уровня Горбачева

Россия засомневалась во власти - после выходок правительства Медведева и чиновников Кремля высокий и ранее непоколебимый рейтинг Путина снижается. Он уже стал похож на рейтинг Горбачева...

Пенсионная реформа власти низвела Путина до уровня Горбачева
Комментарии
Пенсионная реформа власти низвела Путина до уровня Горбачева
Познер: россияне не быдло, они просто выходят из "совка"
Президент Украины превратился в "открывашку"?
Президент Украины превратился в "открывашку"?
В Киеве признали необратимое обнищание Украины
СМИ: "воскресший" Бабченко находится в жестоком рабстве
СМИ: "воскресший" Бабченко находится в жестоком рабстве
Зачем Россия сбрасывает госдолг США и скупает золото
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Пенсионеры России должны переродиться
Пенсионеры России должны переродиться
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией
Писательница Улицкая объявила Россию отсталой провинцией