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這是真的:金屬氫已經第一次製造出來


這是真的:金屬氫已經第一次製造出來



在去年9月份,兩個研究嘗試用不同的方法,試圖創造金屬氫。現在,在這種金屬氫第一次預測超過80年後,哈佛大學的物理學家已經創造了金屬氫-- 一種神秘的氫氣形式,能夠在室溫下無阻抗地超導電。

科學家早就懷疑氫可以作為金屬在宇宙的某些部分存在,但這是第一次在地球上產生金屬氫,而且材料甚至比科學家想像的更陌生和更迷人。


「這是高壓物理學的聖杯。」來自哈佛大學的首席研究員Isaac F. Silvera說,「這是地球上第一個金屬氫的樣本,所以當你看著它,你正在看著以前從未存在過的東西。」



這是真的:金屬氫已經第一次製造出來


周期表可以大致分為兩類-- 金屬和非金屬。在許多其它性質中,金屬是有光澤的,良好的導體,並且通常在常溫下是固體。由於在我們高中學習中,氫在周期表中的是第一個元素,是一種非金屬。


但回溯到1935年,科學家曾預測,在某些條件下,這種常見的元素可以使其原子如此緊密地結合在一起,不僅具有金屬性質,而且實際上可以變成金屬。但這些條件不容易實現,它們涉及在極低的溫度下達到令人難以置信的高壓力。這就是為什麼80多年來,科學家有過多次嘗試,卻沒有人能夠證明其可能性。


Silvera說:「最令人興奮的部分是我們將氫氣加壓到足夠高的壓力,我們看到它轉化為金屬。」Silvera45年來一直試圖創造金屬氫。


地球上第一次,看到這種材料,如圖:



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重要的是,物理學家認為金屬氫可以是常溫超導體,這意味著材料可以以零電阻導電,並且不必將材料首先冷卻到瘋狂的溫度。


我們已經知道了許多超導材料,我們使用它們在我們的MRI機器和磁懸浮列車中產生強大的磁場,但是它們只能在-269攝氏度(-452.2華氏度)以下的溫度下實現超導性,對於許多項目是不實用的。


如果科學家可以在室溫下達到同樣的超導性,這意味著我們可以在電力在傳輸過程中不會有任何損耗。現在,因為阻力,電網損失熱能高達15%。該材料還可能是有史以來發現的最強大的火箭推進劑。


要清楚,Silvera和他的團隊創造的金屬氫只有1到1.5微米厚,直徑為10微米,所以它很小。

研究人員宣稱,他們已經在過去取得金屬氫的早期階段,甚至金屬氫本身的證據。但這些報告從未得到驗證。這個最新的申明會被其他人質疑,但到目前為止,樣品已經承受了所有相關的金屬測試。


為了創建樣品,團隊將氫氣捕獲在一個小的金剛石箱中,冷卻至5.5開爾文(-267.65攝氏度、-449.77華氏度),並將其置於令人難以置信的高壓下。



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早在1935年,預計金屬氫將在25千兆帕斯卡(GPa)的壓力下出現。但是Silvera和他的團隊最終在465GPa--495GPa之間的壓力下實現了,比最初預測的高20倍。


團隊很快看到它的外觀變化,但是為了驗證他們創造的是金屬氫,他們使用光譜測量,包括測量其反射率,並且顯示最初是標準氫氣(H2)已經轉變為原子金屬 。


你可以看到下面不同的原子結構:



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現在我們知道金屬氫存在,還有很多問題需要回答。其中最大的問題是金屬氫是液體還是固體,或者正如研究人員預測的那樣,它可以兼有兩個狀態。到目前為止,Silvera和他的團隊相信,他們創造的是一個固體,但他們將對材料進行更詳細的分析。


他們還將用電流鉤住金屬,以測試它在常溫下是否真是超導體。奇怪的是,Silvera說,金屬氫也可能是亞穩態,這意味著即使你釋放壓力,它也將保持金屬狀態。


亞穩態材料的常見實例是金剛石,它其是是碳的亞穩態形式。為了製造鑽石,你把石墨置於高壓力和高熱量環境中,這是地下發生的事情。但是,即使你把鑽石挖出來,它們仍然是鑽石。


對於金屬氫也是如此,在預測是錯誤的情況下,並且當壓力被提升時材料分散回氣體,這是在對樣品進行所有其他分析之後也將被測試的東西。


現在,我們只是證明了宇宙中最常見的元素可以以一種全新的形式存在。

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