Металічны вадарод

Металічны вадарод - сукупнасць фазавых станаў вадароду, які знаходзіцца пры высокім ціску і пацярпеў фазавы пераход. Металічны вадарод ўяўляе сабой выраджаны стан рэчывы і валодае некаторымі выдатнымі уласцівасцямі - высокатэмпературнай звышправоднасцю і высокай удзельнай цеплынёй фазавага пераходу. Магчыма існаванне цвёрдай крышталічнай і вадкай фазы металічнага вадароду, у якой адсутнічае далёкі парадак.

Гісторыя даследаванняў

У 1935 Ю. Вігнер і X. Б. Хантынгтан прадказалі пераход вадароду ў металічны стан пад дзеяннем высокага ціску (каля 25 гПа) і страту валентных электронаў ядром ^[1]. У далейшым ацэнка ціску, якая патрабуецца для фазавага пераходу, была падвышаная, але ўмовы пераходу ўсё ж лічацца патэнцыйна дасягальнымі. Прадказанне уласцівасцяў металічнага вадароду вядзецца тэарэтычна. Спробы атрымання, пачатыя ў 1970-х гадах, прывялі да серыі вопытаў М. Еремец у 2008 і таксама Еремец і Траян у 2011 гадах ^[2]. Аднак маюцца сумненні ў атрыманні металічнага вадароду^[3].

Тэарэтычныя ўласцівасці

Цвёрды металічны вадарод

Крышталічная рашотка цвёрдага металічнага вадароду фармуецца ядрамі вадароду (пратонамі), якія знаходзяцца адзін ад аднаго істотна бліжэй бораўскага радыусу, на адлегласці, параўнальнай з даўжынёй хвалі дэ Бройля электронаў. Такім чынам, электроны слаба звязаныя з пратонамі і фармуюць свабодны электронны газ так жа, як у металах.

Вадкі металічны вадарод

Вадкі металічны вадарод утворыцца пры плаўленьня цвёрдага металічнага вадароду. У адрозненне ад гелія-4, вадкага пры нармальным ціску і тэмпературы ніжэй 2,17 K, існаванне вадкага металічнага вадароду ў такіх умовах ставіцца пад сумнеў. Энергія нулявых ваганняў у масіве шчыльна упакаваных пратонаў вялікая, і пераход ад крышталічнай фазы чакаецца пры высокіх цісках. Даследаванне максімальнай пункту плаўлення на дыяграме станаў вадароду, праведзенае Н. Ашкрофтам, дапускае вобласць ціскаў каля 400 гПа, пры якіх вадарод з'яўляецца вадкім металам пры нізкіх тэмпературах ^[4]^[5]. Ягорам Бабаевым было прадказана, што металічны вадарод можа прадстаўляць сабой новы агрэгатны стан: металічную звышцякучую вадкасць. ^[6]^[7]

Звышправоднасць

Металічны вадарод валодае звышправоднасцю пры тэмпературах, аж да пакаёвай, што значна вышэй, чым у іншых матэрыялах.

Эксперыментальныя спробы атрымання

Ударны сціск: W. Nellis Меркавана атрымаў металічны вадарод у эксперыментах па ўдарнаму сціску ^[8]

Сувязь з іншымі абласцямі фізікі

Металічны вадарод можа існаваць у ядрах планет-гігантаў.

Прымяненне

Прапануюцца паліўныя ячэйкі, якія выкарыстоўваюць аддачу энергіі фазавага пераходу металічнага вадароду ў дыэлектрычны стан пры зняцці ціску.

Зноскі

↑ Wigner, E.; Huntington, H.B. On the possibility of a metallic modification of hydrogen(англ.) // Journal of Chemical Physics. — 1935. — Т. 3. — № 12. — С. 764. — DOI:10.1063/1.1749590
↑ Eremets M.I., Troyan I.A. Conductive dense hydrogen(англ.) // Nature Materials. — 2011. — DOI:10.1038/nmat3175
↑ Nellis, W.J.; Arthur L. Ruoff, Isaac F. Silvera. Has Metallic Hydrogen Been Made in a Diamond Anvil Cell? (нявызн.) (2 студзеня 2012). — «no evidence for MH» Праверана 13 May 2012.
↑ Ashcroft N.W. The hydrogen liquids(англ.) // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2000. — Т. 12. — № 8A. — С. A129. — DOI:10.1088/0953-8984/12/8A/314
↑ Bonev S.A. et al. A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first-principles calculations(англ.) // Nature. — 2004. — Т. 431. — № 7009. — С. 669. — DOI:10.1038/nature02968 — arΧiv:cond-mat/0410425
↑ Babaev, E.; Ashcroft, N.W. (2007). "Violation of the London law and Onsager–Feynman quantization in multicomponent superconductors". Nature Physics. 3 (8): 530. arXiv:0706.2411. Bibcode:2007NatPh...3..530B. doi:10.1038/nphys646.
↑ Babaev, E.; Sudbø, A.; Ashcroft, N.W. (2004). "A superconductor to superfluid phase transition in liquid metallic hydrogen". Nature. 431 (7009): 666. arXiv:cond-mat/0410408. Bibcode:2004Natur.431..666B. doi:10.1038/nature02910.
↑ Weir, S.T.; Mitchell, A.C.; Nellis, W. J. (1996). "Metallization of fluid molecular hydrogen at 140 GPa (1.4 Mbar)". Physical Review Letters. 76 (11): 1860. Bibcode:1996PhRvL..76.1860W. doi:10.1103/PhysRevLett.76.1860. 0.28–0.36 mol/cm3 and 2200–4400 K