Работа ученых из Геофизической лаборатории института Карнеги (США) проливает свет на свойства водорода при давлениях в миллионы атмосфер.
Плотный водород: Полупроводник-полуметалл

В нормальных условиях водород является газом, состоящим из двухатомных молекул. Повышение давления при комнатной и более низких температурах не приводит к распаду молекул водорода, но изменение их поведения может изменять его термодинамическую фазу. Для твердого водорода образующегося при высоких давлениях, известны три различные фазы. Предполагается, что при очень высоких давлениях водород должен становиться металлом, что означает появление у него электрической проводимости. Возможно, он даже превращается в сверхпроводник или сверхтекучую жидкость, не замерзающую при самых низких температурах.

Исследователи из Геофизической лаборатории института Карнеги изучали свойства сильно сжатого водорода с помощью инфракрасного излучения, получаемого от источника синхротронного излучения Брукхейвенской национальной лаборатории. Они обнаружили ранее не известное состояние водорода, сохраняющее стабильность в диапазоне от давления 2,2 млн атмосфер и температуры 27 °C до давления 3,4 млн атмосфер и температуры -73°C.

Эксперименты показали, что открытая фаза существенно отличается от известных фаз твердого водорода. В ней присутствуют два типа молекул. Молекулы водорода первого типа очень слабо взаимодействуют со своими соседями, что является очень необычным поведением при таких огромных давлениях. Молекулы второго типа связываются с соседями, образуя плоские листы, формирующие структуру вещества.

Результаты измерений говорят о том, что твердый водород в таких условиях находится в промежуточном состоянии между полупроводником, подобным кремнию, и полуметаллом, подобным графиту. Гипотеза о том, что в исследованном диапазоне давлений и температур водород должен превращаться в металл, не подтвердилась.

«Этот простой элемент, состоящий из всего одного электрона и одного протона, не перестает удивлять нас богатством своих свойств и сложностью поведения при высоких давлениях, — заявил директор Геофизической лаборатории Рассел Хемли (Russell Hemley). — Полученные результаты являются важной экспериментальной основой для фундаментальной теории».

По сообщению Carnegie Institution for Science