Datos extendidos Fig. 1 Imágenes XRD sin procesar obtenidas utilizando una junta de Re puro y una junta compuesta en la misma línea de luz. a , Imagen XRD obtenida a 45 GPa con la junta Re. El recuadro muestra una imagen de microscopio de la muestra después de la carga de gas, siendo el diámetro de la cámara de 17 µm. A 45 GPa, la cámara se contrae a un diámetro de aproximadamente 10 µm. B , Imagen XRD sin procesar de la muestra obtenida a 162 GPa utilizando un inserto de junta compuesta (cBN y epoxi); el diámetro de la cámara es de 7 µm. La configuración del dispositivo de enfoque de la línea de luz (espejos Kirkpatrick-Baez) fue similar en ambas mediciones, con orificios de limpieza de 20 µm ( a ) y 60 µm ( B ) en diámetro. Debe enfatizarse que a pesar de que el haz de rayos X utilizado en B tiene una cola más grande (debido al orificio de limpieza más grande), B tiene un fondo sustancialmente más bajo que a . El inserto de epoxi y MgO produce un nivel de fondo similar al del inserto de cBN y epoxi. Máscaras rojas en a y B Cubra los espacios entre los chips del sensor en el detector Pilatus 1M. Crédito:Universidad de Uppsala
Un equipo internacional de investigación experimental dirigido por el profesor Ho-Kwang Mao y el Dr. Cheng Ji de HPSTAR, China y un equipo teórico dirigido por el profesor Rajeev Ahuja, Universidad de Uppsala, han utilizado la investigación experimental y la teoría para comprender las transiciones de fase estructural de alta presión en el hidrógeno que podrían dar lugar a la metalización e incluso podrían resultar en superconductividad. Los hallazgos se publicaron esta semana en la edición en línea de Naturaleza .
Hidrógeno (H 2 ) es uno de los elementos más abundantes y ligeros del universo, y se ha especulado durante sesenta años que la metalización del hidrógeno puro podría conducir a una superconductividad a temperatura ambiente, aunque esto ha sido una cuestión abierta hasta ahora. Sin embargo, se necesitaría una presión enorme para comprimir el hidrógeno lo suficiente para alcanzar este estado metálico. Con incansables esfuerzos experimentales durante las últimas tres décadas, sólido H 2 se ha comprimido hasta presiones cercanas a 400 GPa (aproximadamente la presión en el centro de la Tierra), y se han identificado seis fases moleculares de alta presión por encima de 100 GPa sobre la base de observaciones espectroscópicas sin restricciones estructurales adecuadas.
A través de un nuevo desarrollo técnico adaptado para el hidrógeno de ultra alta presión, finalmente obtuvimos datos de difracción de rayos X (XRD) de las fases de hidrógeno I, III y IV hasta 254 GPa. Asombrosamente, estas fases no exhiben diferentes simetrías cristalinas, pero todos permanecen en la estructura hexagonal compacta (hcp) con una reducción drástica de la relación axial c / a en relación con la red hcp ideal. Nuestro estudio sugiere que la distorsión masiva de la zona hcp Brillouin conduce a una serie de fases de transición topológica electrónica (ETT) antes del cierre de la banda de hidrógeno. Es la primera vez que se observa esto en el caso del hidrógeno.
Esto llevó al equipo dirigido por el profesor Rajeev Ahuja a llevar a cabo experimentos informáticos sistemáticos basados en métodos de primeros principios de vanguardia para estudiar ETT. Los hallazgos están en excelente acuerdo con las observaciones experimentales e incluso permitieron la predicción de que la fase metálica del hidrógeno pasa por muchos ETT intermedios. Las extensas simulaciones se realizaron utilizando recursos proporcionados por la Infraestructura Nacional de Computación de Suecia (SNIC) en NSC.
"ETT en hidrógeno representa un descubrimiento extraordinariamente importante, ", dice el profesor Ahuja." Se puede ver que nuestros resultados representan un avance importante en la búsqueda experimental y teórica de hidrógeno metálico e incluso superconductor dentro de un régimen de presión manejable ".
