Ein Team französischer Forscher hat online einen Artikel veröffentlicht, in dem sie behaupten, den heiligen Gral der Hochdruck-Materialwissenschaft erreicht zu haben: die Erzeugung von metallischem Wasserstoff in einem Labor.
Physiker haben seit den 1930er Jahren vermutet, dass Wasserstoffatome - die leichtesten Atome im Periodensystem, die jeweils nur ein Proton in den Kernen enthalten - unter extremem Druck ihre Eigenschaften radikal verändern könnten. Unter normalen Umständen leitet Wasserstoff Elektrizität nicht gut und neigt dazu, sich mit anderen Wasserstoffatomen zu paaren - ähnlich wie Sauerstoff. Die Physiker glauben jedoch, dass Wasserstoff bei ausreichendem Druck als Alkalimetall fungiert - eine Gruppe von Elementen, einschließlich Lithium und Natrium, die jeweils ein einzelnes Elektron in ihren äußersten Orbitalen haben, das sie sehr leicht austauschen. Das gesamte Periodensystem ist nach dieser Idee organisiert, wobei Wasserstoff in der ersten Spalte über den anderen Alkalimetallen platziert ist. In einem Labor wurde der Effekt jedoch noch nie endgültig festgestellt.
In einem Artikel, der am 13. Juni im Preprint-Journal arXiv veröffentlicht wurde, behauptet ein Forscherteam unter der Leitung von Paul Loubeyre von der französischen Atomenergiekommission, es geschafft zu haben. Sie sind zwischen den Punkten zweier Diamanten auf das 4,2 Millionen-fache des atmosphärischen Drucks der Erde auf Meereshöhe (425 Gigapascal) zerquetscht und sagen, dass ihre Wasserstoffprobe metallische Eigenschaften aufweist.
"Metallwasserstoff ist das ultimative Hydrid", schrieben die Forscher und bezogen sich auf eine Klasse von Verbindungen auf Wasserstoffbasis mit außergewöhnlichen Eigenschaften. "Es kann eine Supraleitung bei Raumtemperatur, einen Schmelzübergang bei sehr niedriger Temperatur in einen ungewöhnlichen supraleitenden Superfluidzustand, eine hohe protonische Diffusion und einen Speicher mit hoher Energiedichte aufweisen."
Mit anderen Worten, es wird erwartet, dass es sich um ein Material handelt, das Elektrizität bei Raumtemperatur unbegrenzt leitet - ein nützliches Quantenmerkmal - und sehr leicht Energie speichert. Normalerweise sind Supraleiter nur bei sehr niedrigen Temperaturen supraleitend.
Die jahrzehntelange Suche nach metallischem Wasserstoff hat die Forscher zu einer Vielzahl anderer Materialien geführt, die bei etwas niedrigeren Drücken zumindest einige dieser Eigenschaften aufweisen. Dazu mussten die Forscher Wasserstoff auf komplizierte Weise mit anderen Verbindungen mischen. Forscher nennen sie Superhydride. Superhydride oder metallischer Wasserstoff selbst könnten eines Tages unter anderem zu erheblich verbesserten Technologien für den Transport und die Speicherung von Energie führen, berichtete Live Science zuvor
Planetenforscher glauben auch, dass metallischer Wasserstoff in ultraschweren Planeten wie Jupiter lauern könnte. Aber um zu verstehen, wie das alles funktioniert, müssen einige der Dinge auf der Erde erzeugt werden.
Das Problem war, dass sich metallischer Wasserstoff bei Drücken zu bilden scheint, die über die Kapazität selbst der extremsten Hochdruckforschungslabors hinausgehen. Die Standardmethode zur Erzeugung eines extremen, anhaltenden Drucks in einem Labor besteht darin, eine winzige Probe zwischen den Punkten zweier superharter Diamanten zu zerkleinern. Aber wie Live Science bereits berichtet hat, beginnen über 400 Gigapascal hinaus sogar die härtesten "Diamant-Amboss-Zellen-Geräte" zu brechen.
Im Jahr 2016 gab ein Forscherteam an, in einem Diamantambossgerät metallischen Wasserstoff erzeugt zu haben, sammelte jedoch nur begrenzte Daten. Und sie hatten Angst, ihre Probe aus dem Griff ihrer Diamantambosszelle zu lösen, damit sie nicht beschädigt wird. Andere Forscher, darunter Loubeyre, sagten Forbes zu der Zeit, dass sie von diesem Papier nicht überzeugt waren - das seinen Anspruch auf metallischen Wasserstoff auf nur einem einzigen Datenpunkt beruhte: dem Reflexionsvermögen des Materials.
Später sagten die Wissenschaftler, dass sie ihre Probe verloren hatten, nachdem ihr Diamantambosszellengerät kaputt gegangen war.
Die neue Studie stützt ihre Behauptung, metallischen Wasserstoff herzustellen, hauptsächlich auf die Art und Weise, wie die Probe Infrarotlichtstrahlen verändert, wenn der Amboss angewendet wird und Druck abgibt. Zum einen wiederholten die Forscher ihr Experiment und stellten den Druck nach oben und unten ein, um zu bewirken, dass das Material von scheinbar metallischen in nichtmetallische Zustände "übergeht". Der Schlüssel zum Erreichen dieser hohen Drücke, so die Autoren, war die genaue Form der Diamanten - perfekt toroidal gemacht durch einen Prozess, der als fokussiertes Ionenstrahlen bezeichnet wird.
Die Studie wurde jedoch nicht von Experten begutachtet, und es bleibt abzuwarten, wie die größere Gemeinschaft der Hochdruckphysiker auf diese Behauptung reagieren wird.
