Протиум, најчестиот изотоп на водород. Заслуга: Википедија
Водородот, инаку најзастапениот елемент во Универзумот, реагира различно при екстремни влијанија на притисок и температура. Во вообичаена состојба, водородот е гасовита молекула составена од два атоми. Како што затворениот притисок (вертикален стрес) се зголемува, молекулите добиваат различни состојби на материја, слично како што водениот мраз се топи во течност, а потоа се загрева до пареа. Досега, при екстремни притисоци, водородот може да има карактеристика на 4 познати цврсти фази. Сега, научниците, вклучувајќи го и Александар Гончаров (Alexander Goncharov), успеале да го комбинираат водородот со својот потежок „роднина“, деутериум, кој има еден дополнителен неутрон во своето јадро, со тоа создавајќи нов, нарушен, т.н. „материјал во фаза IV“, каде молекулите имаат различни интеракции од досега набљудуваните.
Новите резултати, објавени на 21 октомври, може да бидат значајни при контролирањето на суперпроводливите и термоелектричните својства на водородните материјали. Фаза IV од густ, цврст и чист водород (H2) и деутериум (D2) претходно биле откриени од страна на тим, во кој учествувале дел од истиот тим кој работи на сегашните откритија. Водородните молекули прикажале два доста различни типа на однесување. Едните имале доста слаба интеракција со соседните молекули, додека другите воспоставиле силна врска со соседите, формирајќи хексагонални атомски форми налик на графен, нова форма која претставува дводимензионална форма на јаглерод со фасцинантни електронски својства. Електронски, овие слоеви се однесуваат налик полупроводници и полуметали. Полуметалите се наоѓаат помеѓу металите и полупроводниците од аспект на нивните електронски својства.
Овој тим, предводен од Рос Хауи (Ross Howie) од Универзитетот во Единбург, искомбинирал експерименти и одредени теоретски пресметки. Тие ги помешале H2 и D2 во различни концентрации и истите ги подлегнале на собна темпрература и на различни притисоци кои варирале меѓу 2000 пати од атмосферскиот притисок (2 GPa) и 2.7 милиони пати од атмосферскиот притисок (270 GPa).
Гончаров објаснува: „Пред да се спроведат експериментите, мислевме дека материјалот би можел да се смени под притисок преку неколку различни процеси. Разликата во масата кај молекулите значи дека тие имаат доста различни нискоенергетски состојби, што влијае врз крајниот резултат. Во едно сценарио, физичката реакција резултирала со подредено сегрегирани молекули од H2 и D2 помеѓу силно поврзаните и слабо поврзаните слоеви.“
Во друго сценарио, молекулите може да излезат случајно, или неуредно дистрибуирани. Понатаму, постои уште една интригантна можност која била разгледана — Андерсонова локализација, односно дали неуредните состојби влијаат врз брановите од атомските вибрации (наречени фонони) и ги спречуваат во нивното слободно репродуцирање. Типично, електроните кај цврстите материјали имаат енергетски вредности во добро одредени опсези. Научниците мислеле дека репродуцирањето на вибрациските бранови низ молекуларниот лавиринт би можел да ја разбие оваа енергетска врска, во зависност од силата помеѓу молекуларните врски, масите, или двете својства и би можеле да влијаат само врз локалните молекули.
Научниците користеле техника позната како Раманова спектроскопија, која го мери ситното квантно однесување на вибрациската енергија, ротациската енергија, како и останатите движења во молекуларниот систем кога светлото од ласер влијае врз молекулите. Со тоа тие ги потврдиле експериментите со претходните теоретски пресметки.
Научниците откриле дека над 1.9 милиони GPa, вибрациските бранови ја покажуваат Андерсоновата локализација. Степенот на оваа локализација зависи од застапеноста на H2 и D2 и од тоа дали овие молекули припаѓаат кај силно или слабо врзаните слоеви. Како за пример, во еден слој водородните молекули вибрирале во разделени групи од по 2 или 3 молекули во фреквенции кои слабо зависеле од околната средина. Како што растела концентрацијата нa водород, различните H2 кластери растеле и почнале да се делат по двојки. Ова е прво изучување каде Андерсонова локализација од вибрациска енергија е набљудувана преку интеракцијата со разликите на масата во материјалот.
Гончаров дополнува: „Андерсоновата локализација од вибрациско возбудување кај водородните мешавини произведува нов механизам за оптимизирање на термоелектричните и електронските однесувања, како на пример суперпроводливоста“.
Превод: Бојан Андоновски
Извор: Phys.org
