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自然科普:金属氢要被“玩坏”了

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氢元素是金属宇宙中含量最多的元素,并且它也是氢被元素周期表中第一种元素,隶属于第一主族。玩坏

在高中化学中,科普播放我收藏的健身操音乐我们知道第一主族是金属碱金属,比如锂、氢被钠、玩坏钾、科普铷、金属铯、氢被钫等,玩坏都诟谇常生动的科普叶娜健身操35分钟金属,可位于第一主族第一名的金属氢元素却有点水乳交融,由于它表示出的诟谇金属性质。

但迷信家以为氢作为第一主族的元素,应当有能够具有金属的性质。

早在1935年,实际物理学家尤金·维格纳(Eugene Paul Wigner)就曾作出展看,跟着压力的促进(大年夜约要到达地球外不雅大年夜气压的400万倍),固态氢将会出现出导体的性质,这也意味着此时的氢可以导电

跟着这一展看的提出,世界各地的迷信家都试图来寻觅金属氢,但要制造如此高的压强来验证实际是极端艰辛的。

阅历了半个多世纪,最火的健身操叫美什么迷信家固然依然没有窥见金属氢的真容,但法国、美国和德国的很多科研团队在紧缩氢、和探测氢在高压下特点等方面已取得了长足的停顿。

金属氢的初次出现

直到2017年1月,来自哈佛大年夜学自然迷信系教授伊萨克·席尔瓦拉(Issac Silvera)和他的博士后研讨员兰加·迪亚兹(Ranga Dias)宣布他们发清楚明了这个星球上最有价值的资料:金属氢

相关论文揭橥于1月26日出版的《迷信》杂志上。

而为了取得这类极端稀有的资料,往常的方法一定是做不到的,是以迷信家发了然一种金刚石压砧(Diamond Anvil Cell,简称DAC)的方法。

复杂来说,压强是月收入2万元健身操物体所受压力与受力面积之比,当我们施加的压力到达极限的时辰,可以经由进程增添受力面积来增大年夜压强。

不好懂得的可以想象下女孩子用圆头鞋踢你疼照样用尖头鞋踢你更疼...

席尔瓦拉和迪亚兹恰是运用了金刚石压砧,在超低的温度下,他们将一小块氢样本放在了金刚石的砧面(金刚石的尖端,直径大年夜约为50微米),并设置了红外光测量氢的反射率,来剖断它是不是金属化。经由进程赓续施加外力,两颗金刚石之间的压强最终到达了495Gpa。

在如此高的压强下,他们惊喜的发明原本黑色的固态氢逐突变得具有金属光泽,样品的土豆广场舞健身操背面范范反射率也从黑色变为高反射率,这恰是金属具有的特点。

样品氢在不合压强下的状况:透明态、不透明态和金属态

不过这一研讨揭橥后,也有迷信家提出了质疑,以为他们发明的金属光泽也许不是来自于金属氢,也有多是来自于氧化铝,由于实验之前席尔瓦拉团队在金刚石外不雅镀上了一层氧化铝以防止氢分散到金刚石晶体结构中

面对这些质疑,最好的回击方法当然是实验数据,是以席尔瓦拉团队预备继续不雅察金属氢的更多特点,可当他们用低功率激光器测量压力的时辰,却传出了一声软弱的“咔嗒声”,这是个中一块金刚石没有遭受住如此高的压强而碎成了粉尘,这也意味着唯逐一块金属氢样本随之消掉落了。

金属氢的再次出现

时隔两年今后,由法国原子能委员会Paul Loubeyre引导的研讨小组宣布他们几近发清楚明了金属氢的存在

欧洲同步加快器实验室

这项研讨最早出而今arXiv物理预印本下面,六个月今后,该研讨正式揭橥在最新的《自然》期刊上。

与哈佛大年夜学席尔瓦拉团队相似, Loubeyre和他的团队也是采取“金刚石压砧”的方法,只不过他们停止了改良,谋划了一种新的金刚石压砧,称为“环形金刚石压砧”,这类金刚石的尖端谋划可以遭受更高的压强,以免像之前一样,金刚石扛不住过高的压强而分裂摧毁。

经由进程实验,Loubeyre发清楚明了氢样本在不合压强下对光的反射率。

当压强为1Gpa时,样品氢关于可见光和红外光都是透明的;

图源:nature

当压强降低至300Gpa时,样品氢变成固态,可见光已弗成穿过,只要能量比可见光更低的红外光可以穿透固态氢。

图源:nature

跟着压强促进到425Gpa时,固态氢的反射率急剧增大年夜,这时辰间,可见光与红外光都弗成穿透,这也意味着此时的固态氢可以阻拦全部的光,已变的不再透明。

图源:nature

而研讨人员以为,固态氢在极端压强和高温下出现出的光学反射率不继续且可逆的变卦,恰是固态氢变成金属氢的一个有力证据。

只不过这还不克不及作为金属氢出现的“实锤证据”,实践上,研讨人员也没有断言他们不雅测到的就是金属氢,就像他们论文标题所指出的,他们发明的是“固态氢能够过渡到金属氢”的证据。

中心的白色局部多是金刚石等分子变卦而是不是是氢变成的

而今来说,假设真要证明金属氢的存在,真实只需在高压高温下对氢样本的导电性停止测试,假设氢样本可以揭显露高水平的导电性,那末基本上就可以证明金属氢的存在。

但是,要给这类状况下的氢样本做导电测量是一件很难完成的事,由于这意味着金刚石的尖端需要连上微型电极,并将电极与大批的固态氢接触,而今来说,很难做到如此切确的衔接。

固然Loubeyre的实验还没法给出“我们已制造了金属氢”多么结论性的迷信声明,但该范围的迷信家普遍以为这一实验效果几近是证明金属氢发生的决议性证据。

也许而今,金属氢还只能存在于金刚石压砧中,但再过个十年乃至二十年,金属氢将在太阳的晖映下熠熠生光



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