اكتشاف هيدروجين جديد يمكن أن يجعل الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة حقيقة واقعة

تأثير مايسنر (ارتفاع مغناطيسي فائق التوصيل)

الهيدروجين موجود في كل مكان - يمثل حوالي 75٪ من كل المواد التي نحن على يقين من أننا نعرفها. يعمل العلم على تكبير ذرات الهيدروجين لفترة طويلة ، لأنها أجزاء من أبسط عنصر كيميائي معروف لنا. يخبرنا الهيدروجين بالكثير عن اللحظات الأولى للكون الذي نعيش فيه ، قبل أن يبدأ كل شيء بالتعقيد والانفصال.

أحد الأشياء التي تعلمناها من دراسة الهيدروجين هو أنه عندما يكون صلبًا ، من المفترض أن يتصرف مثل معدن قلوي - مع إلكترون تكافؤ مجاني واحد ، نتوقع أن يعمل مثل المعادن الأخرى بشحنة +1. لكن لا يمكننا جعله يتصرف مثل المعدن. لقد فعلنا الكثير من الأشياء للهيدروجين. الآن ، يمكننا تبريده إلى سائل بسهولة تامة. لقد قمنا نحن البشر بمضايقة ذرات الهيدروجين وتحويلها إلى مكثف بوز-آينشتاين. لكن حتى الآن لم ننجح في جعله يتصرف مثل المعدن ، بغض النظر عن كيفية سحقه أو تبريده.



ما كنا يملك المدارة ، اعتبارًا من الأسبوع الماضي ، هي إنشاء مرحلة جديدة من الهيدروجين - ليس سائلًا تمامًا ، وليس غازًا تمامًا.



قمر واحد يدور - وله أطوار

نشكر فيزياء المادة المكثفة على مخطط الطور: رسم بياني مثل هذا ، والذي يوضح سلوك الهيدروجين عند مستويات الضغط والأحجام ودرجات الحرارة المختلفة. كل شيء آخر له مخطط طور أيضًا.

المرحلة الفضائية الصلبة - مخطط طور عام ثلاثي الأبعاد للضغط والحجم ودرجة الحرارة



على سبيل المثال ، الماء مثير للاهتمام كيميائيًا: سلوك الهيدروجين في الماء يعني أن هناك عشرات الأنواع المختلفة من الجليد ، وليس فقط بمعنى ثلاثين كلمة مقابل ثلج. يمكن أن تتغير الروابط التي تعطي جزيئات الماء الخصائص التي تمتلكها اعتمادًا على الضغط ودرجة الحرارة - وهذا بدوره يغير خصائص الماء نفسه.

الماء يفعل الأشياء المجنونة. من يعرف؟

رسم تخطيطي لمرحلة المياه ، يوضح كيف يتصرف عند درجات حرارة ودرجات حرارة مختلفة

ليس لدينا الضغوط اللازمة على كوكبنا لرؤية الهيدروجين المعدني. للعثور على الأشياء ، عليك أن تنظر إلى نوى عمالقة الغاز مثل المشتري ، أو العودة بالزمن إلى مئات الآلاف من السنين الأولى بعد الانفجار العظيم. هذه مراحل من الهيدروجين لا نراها في عالمنا الطبيعي. ومع ذلك ، فإن استخدام الماس غير القابل للضغط تقريبًا لسحق ذرات الهيدروجين مع القوة الهائلة ، هو إحدى الطرق التي يمكننا من خلالها البدء في تكرار الضغوط المجنونة الموجودة داخل كوكب المشتري. كوكب المشتري هو مكان للمشاة نسبيًا ، هنا في نظامنا الشمسي المعتدل والهادئ. مرتاحين في انحناء أحد الأذرع الحلزونية لمجرتنا غير الملحوظة ، فنحن نعيش في دوامة غنية وهادئة ، بعيدًا عن التطرف الذي نراه في مكان آخر في كوننا الذي لا يزال يتوسع. ولكن ليس بعيدًا جدًا في قلب المشتري ، فالظروف جنونية جدًا.



ضغط التكسير داخل كوكب المشتري سوف يدمجها في نجمة إذا كانت أكبر بكثير. ولا يزال الجو حارًا جدًا ، حتى لو لم يبدأ الاندماج النجمي. على 'سطح' كوكب المشتري ، نظرًا لأن كوكب المشتري له سطح مميز جيدًا ليس مجرد حدود بين كثافات مختلفة قليلاً من طين الغاز النبيل الرقيق ، فإن درجة الحرارة معتدلة ~ 340 كلفن ، حوالي 150 درجة فهرنهايت. على الرغم من ذلك ، نحو المركز ، هناك غطاء سميك من الهيدروجين المعدني المسؤول عن المجال المغناطيسي المذهل للمشتري ، والضغط العالي في الوشاح يعني أن ذرات الهيدروجين يجب أن تتجمع معًا في حالة عالية الترتيب. يصبح الأمر أكثر سخونة ويصبح السلوك أكثر غرابة ، وكلما ذهبت إلى أسفل.

رسم تخطيطي لكوكب المشتري ، من ويكيبيديا

كل ما لم تكن تعرفه أبدًا تريد معرفته عن تشريح كوكب المشتري

الحرارة والضغط العالي هي إحدى الطرق التي يمكنك من خلالها تهيئة الظروف للهيدروجين المعدني. لكن هناك طريقة أخرى. تعتبر درجات الحرارة المنخفضة والضغوط العالية أكثر عملية هنا على الأرض ، وذلك فقط لأنه من الصعب احتواء بعض ذرات الهيدروجين شديدة السخونة عندما يمكن للمادة أن تنتشر من خلال أي شيء تحاول وضعه فيه.

استخدم ثلاثة باحثين من جامعة إدنبرة خلية سندان ماسي لتطبيق ضغط 388 جيجا باسكال على بعض ذرات الهيدروجين. هذا ضغط مثير للسخرية - أكبر من الضغوط داخل عباءة الهيدروجين المعدني لكوكب المشتري. لكن العلماء اختاروا القيام بذلك في درجة حرارة أكثر برودة - 300 كلفن ، وهي قريبة جدًا من درجة حرارة الغرفة هنا على الأرض.

أثناء زيادة الضغط ، رأى الباحثون دليلًا طيفيًا على أن الروابط التي تحمل الإلكترونات ونواة الهيدروجين معًا تبدأ في الاختفاء. يجبر الضغط المرتفع الذرات على الازدحام والتفاعل مع بعضها البعض ، وعندما تتجمع بقوة كافية معًا ، تبدأ خصائص المادة في التغير. الحدود بين حالات الطور ليست كل شيء أو لا شيء ؛ في ظل الظروف القاسية ، يمكننا ملاحظة تغيرات الطور الجزئي ، في الفترات الفاصلة بين الحالات التي لا يكون فيها الهيدروجين سائلًا طوال الوقت ، ولكنه أيضًا ليس غازيًا تمامًا ، اعتمادًا على ما تفعله الجسيمات الفردية بالفعل.

نظرًا لأن بعض علامات الترابط كانت لا تزال موجودة تحت التحليل الطيفي لرامان ، يؤكد الفريق أنهم اكتشفوا مرحلة جديدة من الهيدروجين موجودة 'بين' السائل والغاز. لم يتم تحرير جميع الإلكترونات من نواتها ، لذلك قد يمثل هذا خطوة وسيطة في انتقال الهيدروجين من الغاز إلى السائل (التكثيف من الغاز إلى السائل) عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة منخفضة. يسمونه الهيدروجين الخامس.

مخطط الطور المقترح للهيدروجين حتى 400 جيجا باسكال

مخطط الطور المقترح للهيدروجين حتى 400 جيجا باسكال. يوضح الشكل الداخلي سلوك الديوتيريوم ، الذي لم يتم ملاحظته لتكوين الهيدروجين V.

قد يكون أحد الاستخدامات المحتملة للهيدروجين المعدني بمثابة موصل فائق في درجة حرارة الغرفة. أثبتت هذه الموصلات الفائقة أنها بعيدة المنال في العالم الحقيقي ، والضغط المطلوب لإنتاج الهيدروجين المعدني قد يجعله بعيدًا عن متناول أيدينا. التفكير الحالي هو أنه سيتطلب 400 جيجا باسكال من الضغط لتكوين هيدروجين معدني في درجة حرارة الغرفة. وهذا يعادل أربعة ملايين ضغط جوي. يعتزم فريق البحث الاستمرار في تكرار التجربة عند ضغوط أعلى حتى يتشكل إما الهيدروجين المعدني أو السندان الماسي.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com