Metallik hidrogen

Qaz nəhənglərinin (məsələn, Yupiter) böyük metal hidrogen (boz qat) ehtiyatları vardır

Metallik hidrogen — həddindən artıq yüksək təzyiqdə və faza keçidində olan hidrogenin fazalı vəziyyətlərinin məcmusudur. Metallik hidrogen maddənin pozulmuş bir vəziyyətidir və bəzi fərziyyələrə görə müəyyən spesifik xüsusiyyətlərə malik ola bilər — yüksək temperaturda yüksək keçiricilik və faza keçidinin yüksək spesifik istiliyi. 1935-ci ildə nəzəri olaraq proqnozlaşdırıldı.

Tədqiqat tarixi

1930-cu illərdə İngilis alimi C. Bernal, bir proton və bir elektrondan ibarət olan və qələvi metalların tam bir analoqunu təmsil edən atom hidrogeninin yüksək təzyiqlərdə sabit ola biləcəyini irəli sürdü. 1935-ci ildə Y. Viqner və H. B. Hantinqton müvafiq hesablamalar apardılar. Bernalın fərziyyəsi təsdiqləndi — hesablamalara görə, molekulyar hidrogen, sıxlığının əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə təxminən 250 min atmosfer təzyiqində (25 GPa) atom metal fazasına keçir. Sonradan, faza keçidi üçün tələb olunan təzyiqin qiymətləndirilməsi artırıldı, lakin keçid şərtləri hələ də mümkün olan hesab olunur. Metal hidrogenin xüsusiyyətlərinin proqnozu nəzəri olaraq həyata keçirilir. 1970-ci illərdə başlayan cəhdlər, 1996, 2008 və 2011-ci illərdə mümkün olan hidrogen epizodlarına səbəb oldu, nəhayət, 2017-ci ildə professor İsaak Silvera və həmkarı Ranqa Diaz 5 milyon atmosfer təzyiqində sabit bir nümunə əldə etdilər, lakin nümunənin saxlanıldığı otaq təzyiq altında çökdü və nümunə itirildi.

Fizikanın digər sahələri ilə əlaqəsi

Astrofizika

Nəhəng planetlərin — Yupiter, Saturn — və böyük ekzoplanetlərin nüvələrində çox miqdarda metal hidrogenin olduğuna inanılır. Qravitasiya sıxılma səbəbindən, metal bir hidrogenin bir nüvəsi qaz qatının altında olmalıdır.

Nəzəri xüsusiyyətləri

Metal mərhələyə keçid

Xarici təzyiqin onlarla GPa artması ilə hidrogen atomlarının kollektivi metal xüsusiyyətləri nümayiş etdirməyə başlayır. Hidrogen nüvələri (protonlar) bir-birinə Bor radiusu, elektronlar isə De Broyl dalğa uzunluğu ilə müqayisə olunan məsafəyə daha yaxın gəlir. Beləliklə, bir nüvəsi olan bir elektronun bağlayıcı qüvvəsi lokallaşdırılmamış hala gəlir, elektronlar protonlara zəif bağlanır və metallarda olduğu kimi sərbəst elektron qaz meydana gətirirlər.

Maye metal hidrogen

Metallik hidrogenin maye fazası uzun məsafəli sifariş olmadıqda bərk fazadan fərqlənir. Maye metal hidrogenin mövcudluğunun icazə verilən diapazonu barədə mübahisə var. Helium-4 4,2 K-dən aşağı temperaturda olan maye və sıfır titrəmələrin sıfır enerjisi səbəbindən normal təzyiqdən fərqli olaraq, sıx bir şəkildə yığılmış protonlar bir sıra əhəmiyyətli sıfır vibrasiya enerjisinə malikdir. Buna görə, daha yüksək təzyiqlərdə kristal fazadan pozulmuş dövrə keçid gözlənilir. N. Aşkroft tərəfindən edilən bir araşdırma, təxminən 400 GPa və aşağı temperaturda bir maye metal hidrogen olan bir bölgəni qəbul etdi. Digər əsərlərdə, İ. Babayev, metal hidrogenin metal bir super axıcı maye ola biləcəyini təklif edir.

Super keçiricilik

1968-ci ildə N. Aşkroft metal hidrogenin nisbətən yüksək temperaturda super keçiriciliyə sahib olacağını təklif etdi. Daha dəqiq hesablamalar I41/AMD fazasında Ranqa Diaz və İsaak Silvera tərəfindən 5 milyon atmosfer təzyiqi ilə öyrənilən metal hidrogenin kritik temperaturunun olduğunu göstərdi, hansı ki, 215 K, yəni −58 dərəcə Selsi keçid istiliyi verir.