金属水素を作るための80年の探求がついに完了するかもしれない

圧縮のさまざまな段階で採取されたサンプル。中心は金属水素ですが、赤い色は水素ではなく、ダイヤモンドの分子変化によるものと思われます。

物理学者のユージン・ポール・ウィグナーは、80年以上前に、宇宙で最も豊富な元素である水素が、適切な温度と圧力で電気を伝導する固体金属に変わる可能性があると予測しました。科学者たちはこの材料を合成しようとしてから数十年を費やしてきました—そしてついにそうしたかもしれません。

フランスの研究者チームは、arXiv物理プレプリントサーバーに、地球のコア内よりも高い圧力下での金属水素の観測について説明した論文を投稿しました。何度か、他の研究者は 、物質のこの段階を発見すると主張しており、一般的にさまざまなレベルの懐疑論に直面 していると主張しています。しかし、一部の専門家は、この最新の主張が本物である可能性があると考えています。

金属水素は、まさにそのように聞こえます。つまり、金属の特性を持つ水素元素の状態です。新しい論文によれば、この物質は、量子閉じ込めと呼ばれるもののおかげで「紛れもなく」存在するはずです。電子の運動を十分に制限し、量子力学の規則のおかげで材料の電子的および光学的特性が変化します。論文によれば、十分に高い圧力では、絶縁体は導電性の金属になるはずです。酸素は100GPaで金属になります。これは、たとえば海面での地球の空気の圧力の約100万倍です。

金属水素の発見は、いくつかの理由で刺激的です。もちろん、その材料が存在したことは実験的に証明されます。それは加熱せずに電気を伝達するかもしれません、それはそれが超伝導体、おそらく室温超伝導体でさえあることを意味します。これは、物理学者のもう1つの長年の 目標であり、エレクトロニクスに革命をもたらす可能性があります。さらに、そのような金属は木星のような巨大な惑星の中心を埋める可能性があるので、ここ地球上でそれを作成できることは、私たちがそれらの惑星についてもっと学ぶのを助けるかもしれません。

フランスの原子力委員会のPaulLoubeyreが率いる研究者たちは、このグループや他のグループが以前に示したように、ダイヤモンドの先端の間の水素ガスを310GPaに圧縮することによって最初に固体分子水素を生成しました。次に、彼らはさらに圧力を上げて、サンプルがSOLEILシンクロトロンと呼ばれるフランスの粒子加速器によって生成された赤外線をどのように吸収したかを分析しました。約425GPaで、絶対零度より80度高い温度(0ケルビン、すべての物質が最小の熱量を持つ温度)で、サンプルは突然すべての赤外線を吸収し始めました。これは、研究者に「バンドギャップを埋めた」ことを示しました。つまり、固体材料は、電子がサンプルを通過するような状態にジャンプするためにエネルギーの入力を必要としなくなりました。

基本的に、研究者たちは、量子効果によって電子が金属の場合と同じようにサンプルを流れることができるように、水素ガスを十分に絞ったと主張しています。

論文によると、2つの進歩により研究者は観察を達成することができました。まず、ダイヤモンドの先端は平らではなくトロイダルでした。つまり、外側が平らで、ドーナツ型の空間があり、内側が平らでした。これにより、科学者は他のダイヤモンドアンビルセルが直面していた以前の400GPaの制限を克服することができました。第二に、研究者たちは、サンプルを測定できる新しい種類の赤外線顕微鏡を設計しました。

この結果は査読されていないことに注意することが重要です。つまり、主要な科学雑誌にはまだ掲載されておらず、この分野の他の専門家によって査読されていません。他の研究者もまだ発見を独自に検証していません。ルーベイアを含む科学者たちは、2017年の金属水素の主張をかなりの懐疑論で扱い、別のチームは、2012年の発見でそのような強い主張をしたことを後悔しているとネイチャーは報告した

しかし、この新しい紙については何かが違うように感じます。「これは本当にノーベル賞に値する発見だと思う」と、この研究に関与していないアルゴンヌ国立研究所の高圧物理学者マドゥリー・ソマヤズルはギズモードに電子メールで語った。「それはいつもそうでしたが、これはおそらく純粋な水素に関する最もクリーンで最も包括的な作業の1つを表しています。」彼は、SOLEILの研究の筆頭著者であるPaul Dumasを「非常によく」知っており、Dumasは「非常に注意深く体系的な科学者」であると説明しました。

2017年の発表に納得しなかった別の物理学者、GeophysicalLaboratoryのAlexanderGoncharovも、新しい結果に自信を持っていました。「この論文には、水素のバンドギャップ閉鎖に関するいくつかの良い証拠が含まれていると思います」と彼はギズモードに語った。「一部の解釈は正しくなく、一部のデータはより良い可能性がありますが、私は一般的にこれが有効であると信じています。」

ヘレン・メイナード-以前に金属水素の検索について書いたオーストラリア原子力科学技術機構の機器科学者は、この論文がコミュニティで多くの話題を呼んだとツイート述べた

科学者たちはついに金属水素を発見しましたか?研究者がストックホルムでのノーベル賞授賞式のチケットを予約する時が来ましたか?残念ながら、そうではありません。メイナード-別のツイートで、論文が数か月にわたる査読プロセスを通過するかどうかを確認するのを待つ必要があると警告した。

しかし、それは確かにこの分野でエキサイティングな時期であり、科学者はついにダイヤモンドチップの内部で金属水素を生成できるようになるかもしれません。金属を失うことなくダイヤモンドを緩めることは、まあ、それは別の話です。

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