科学家真的发现金属氢了吗？
Original
2017-01-31
正恩
原理
氢是元素周期表的第一个元素，也是最简单的。它是宇宙中含量最丰富的元素，在忽略暗物质的情况下，它占据了总质量的四分之三。
△ 宇宙之中遍布着氢气，它们是恒星的终极燃料。（图片来源：ESO/S Guisard）
正常情况下，氢是一种气体。如果把它冷却到零下253摄氏度，氢会变成液体，是常见的火箭燃料，被应用于航天飞机的主要引擎中和其它地方。
但是，如果我们能够想办法把氢变成金属的，那么它将具有更大的潜力。一些物理学家认为金属氢可能是一种室温超导体，意味着它可以在室温下导电，并且不会有任何损耗，这会使电力输送更加有效。大部分超导体只能在接近绝对零度时存在，因此寻找高温超导体一直是科学家的目标。目前高温超导体的最高纪录是马普研究所的零下70摄氏度。
1935年，Wigner和Huntington就预测，如果在高压下（比在地球表面高出25万倍），就可能形成金属氢。科学家为此奋斗了几十年，但都没有成功。
△ P-T相图：表示温度和压力之间的一种关系图。该P-T相图显示了氢转变成金属氢的两种途径（Pathway I & II）。（图片来源： R. Dias and I.F. Silvera）
直到现在。或许。在《科学》期刊新发表的论文中，哈佛大学的物理学家 Isaac Silvera 和 Ranga Dias 宣称，在495GPa（千兆帕斯卡）的高压（大约500万个大气压）以及零下268摄氏度的环境下，他们成功地制造出了金属氢。
之前的相关实验之所以会失败是因为，实验所需要的金刚石在抛光处理的时候经常会破坏金刚石表面的结构。而 Silvera 他们将金刚石的表面涂上了一层氧化铝涂层，以防止氢扩散到金刚石晶体结构中，引起材料脆化。他们将金刚石砧放进一个称为低温恒温器的冷却设备中，并压缩气体。
△ 两颗金刚石砧压缩氢分子，在压力足够高的条件下，样本转化为氢原子。（图片来源： R. Dias and I.F. Silvera）
大约在 335GPa 的时候，氢气会转变为黑色，表示氢已经转变到可以吸收光的形态。接着，到了 495GPa 的时候，他们的样本开始发光。而这也是研究人员所宣称的氢已经变成金属！
△ 当压力逐渐升高时，透明氢分子（左）会转变为黑色氢半导体（中），再转变为金属氢原子。（图片来源： R. Dias and I.F. Silvera）
Silvera对媒体表示：“这是高压物理学的圣杯，是地球上第一个金属氢样品。也就是说，当你看到它的时候，你看见的其实是一种世界上从未存在过的东西。”
所以，我们真的发现金属氢了吗？
其他的物理学家并不买账。
比如同样在尝试制造金属氢的物理学家 Paul Loubeyre 就告诉《自然》：“我并不认为他们的论文具有说服性。”
Loubeyre 和其他的怀疑者主要的反驳点在于，Silvera和Dias的实验结果只有一个数据点：在高压下，只测量到一次金刚石样本的反射性。虽然，这可能是金属氢，但也有可能是其它的，像他们涂在金刚石表面的氧化铝涂层。
△ T-P相图，这是氢变成金属的第一种途径。图中也包括了其他人的工作。（图片来源： R. Dias and I.F. Silvera）
Loubeyre表示：“如果他们想要让结果更具有说服力，他们必须重复测量，并且测量压力的演化。接着他们必须显示，在这个压力的范围内，氧化铝不会形成金属。”
Silvera也告诉《自然》，他们只是想在进一步验证之前，把他们的发现告诉全世界。有限的实验空间阻止他们继续尝试制造更多的金属氢，他们也担心如果做更多的测试会损害或破坏他们现有的样本。但是他们会在未来继续尝试。
如果他们的金属氢是真的，那么他们认为金属氢可以作为室温超导体，改变运输系统；还能为能量的产生和存储带来重大改革；也可以作为超强的火箭推进剂（理论上，要比液态氢好三倍），帮助人类更好的探索太空。
在更多的实验验证之前，我们应该合理的带着一点怀疑去看待这次的宣布。但是，我们更希望金属氢能够在不久后得到验证，毕竟现在我们有了方向和信心继续前行。
参考来源：
| 
发表于 2017-7-9 01:41
收藏
分享