YÜKSEK BASINÇ ALTINDAKİ METALİK HİDROJEN

Artan basınç altında, halka biçimli elmas anvil hücresi üzerinde bastırılan hidrojenin rengi ve kızılötesi soğurma değeri değişti. Paul Loubeyre ve Florent Occelli (Fransız Atomik Enerji Komisyonu, CEA) Soleil sinkrotronunda çalışan Paul Dumas ile bir araya gelerek yüksek parlaklıklı kızılötesi spektroskopi çalışmaları yaptılar. Hidrojeni iki elmasın uçları arasında çok yüksek basınçlar altında sıkıştırdıkları zaman, kızılötesi ışığın soğurulmasında büyük bir değişim gördüler Çünkü malzeme bu ışığını tamamını soğurmuştu, bu da iletken bir metal olduğunu gösteriyordu.

Loubeyre, Chemistry World’e şöyle dedi; ”Bu basınç aralığında hidrojenin özelliklerinin ilk kez incelendiği bir çalışma oldu”. Bilim insanları örneğin iletkenliğini doğrudan ölçmediler, dolayısı ile tam olarak malzemenin metalik özelliğini ilan etmemiş oldular. Ancak Loubeyre’ye göre kızılötesi ışımanın tam olarak soğurulması metalik hidrojen için yeterli bir koşuldu.

Bilim insanları 1930’lardan beri metalik hidrojeni arıyordu, Loubeyre; “ilk kez katılara kuantum mekaniğin teorik olarak uygulanması sonucu ortaya çıktı” diyor. Bu da kısmen onun yüksek sıcaklık süper iletkeni olabileceği eklentisi sonucu bekleniyordu. Seksen yıl önce, tahminlere göre metalik hidrojen 25 GPa’nın üzerinde oluşmaya başlayabilirdi; ancak pratikte gerek duyulan basınçlar çok daha yüksek oldu. 2002 yılında, Loubeyre ve arkadaşları 320 Gpa’ya kadar olan basınçlarda

ABD’deki araştırmacılar tartışmalı şartlar altında 2017 yılında metalik hidrojeni izole ettiklerini ifade etmişti, ulaştıkları basıncın 495

GPa olduğnu iddia ediyorlardı. Aynı zamanda diğer gruplar da pek çok sebepten ötürü kuşkulu idiler, özellikle basınç değerinin mübalağa edilmesi söz konusu idi. Loubeyre şöyle diyor; “Standart elmas anvil hücresi ile 400 GPa’nın üstüne çıkamayacağınız konusunda bir fikir birliği var”. Ayrıca orijinal örnek o zamandan beri kayıp durumda.

Alman araştırmacılar da yakın zamanda hidrojenin yalıtkan özellikten yarı metalik kısmi iletken hale (350 GPa civarında) geçtiğini buldular. Araştırma ekibinin özelleştirilmiş hücrelerinde 400 GPa’da iletkenlik göstermeye devam ediyordu, ancak tam metalik özellik göstermiyordu.

İletkenlik ölçerken aynı zamanda, Loubeyre’nin ekibinin yaptığı gibi daha yüksek basınçlar altında spektroskopi uyguladılar. Ekip, Raman sinyalinin 480 GPa’da kaybolduğunu gördü. Böylece metalik bir faza geçiş yapıldığı ortaya çıkıyordu.

Geleneksel tasarımlardan daha yüksek basınçlar kullanıldığında elmas uçlar paramparça olmaktan ziyade deforme oluyor. 2018 yılında, CEA ekibi 600 GPa’ya kadar basınçları kabul edebilecek halka şekilli bir elmas anvil hücresi geliştirdi. Loubeyre; merkezde yuvalarla beraber halka tatlısı (doughnut) biçimli oyuğu olan elmas uçlar kullanıldığında uçların deforme olduğunu, ancak kırılmadığını açıklıyor.

Uçlar arasında sıkıştırılan örneğin çapı yalnızca 5 µm olduğu için analiz edilmesi son derece zordu. Kızılötesi spektroskopisi için uygun bir sinyal-gürültü oranı elde etmek gerekliliği çok yüksek parlaklıklı