Dados estendidos Fig. 1 Imagens brutas de XRD obtidas usando uma junta Re pura e uma junta composta na mesma linha de luz. uma , Imagem de XRD obtida a 45 GPa com a gaxeta Re. A inserção mostra uma imagem de microscópio da amostra após o carregamento de gás, com o diâmetro da câmara sendo 17 µm. Em 45 GPa, a câmara encolhe para um diâmetro de aproximadamente 10 µm. b , Imagem de XRD bruta da amostra obtida em 162 GPa usando uma inserção de junta composta (cBN e epóxi); o diâmetro da câmara é de 7 µm. A configuração do dispositivo de focagem da linha de luz (espelhos Kirkpatrick-Baez) foi semelhante em ambas as medições, com furos de limpeza de 20 µm ( uma ) e 60 µm ( b ) em diâmetro. Deve-se enfatizar que mesmo que o feixe de raios X usado em b tem uma cauda maior (devido ao orifício de limpeza maior), b tem um fundo substancialmente mais baixo do que uma . A inserção de MgO e epóxi produz um nível de fundo semelhante ao da inserção de cBN e epóxi. Máscaras vermelhas em uma e b cubra as lacunas entre os chips do sensor no detector Pilatus 1M. Crédito:Uppsala University
Uma equipe internacional de pesquisa experimental liderada pelo Professor Ho-Kwang Mao e Dr. Cheng Ji da HPSTAR, China e uma equipe de teoria liderada pelo professor Rajeev Ahuja, Universidade de Uppsala, usaram pesquisas experimentais e também teorias para entender as transições de fase estrutural de alta pressão no hidrogênio, que poderiam dar origem à metalização e até mesmo resultar em supercondutividade. Os resultados foram publicados esta semana na edição online da Natureza .
Hidrogênio (H 2 ) é um dos elementos mais abundantes e leves do universo, e tem havido especulação por sessenta anos que a metalização do hidrogênio puro poderia levar à supercondutividade à temperatura ambiente, embora isso tenha permanecido uma questão em aberto até agora. Contudo, uma enorme pressão seria necessária para comprimir o hidrogênio o suficiente para atingir esse estado metálico. Com esforços experimentais implacáveis nas últimas três décadas, H sólido 2 foi comprimido a pressões próximas a 400 GPa (sobre a pressão no centro da Terra), e seis fases moleculares de alta pressão acima de 100 GPa foram identificadas com base em observações espectroscópicas sem restrições estruturais adequadas.
Por meio de um novo desenvolvimento técnico adaptado para hidrogênio de ultra-alta pressão, finalmente obtivemos dados de difração de raios-X (XRD) das fases I de hidrogênio, III e IV até 254 GPa. Surpreendentemente, essas fases não exibem diferentes simetrias de cristal, mas todos permanecem na estrutura hexagonal compactada (hcp) com redução drástica da razão axial c / a em relação à rede hcp ideal. Nosso estudo sugere que a distorção maciça da zona hcp Brillouin leva a uma série de fases de transição topológica eletrônica (ETT) antes do fechamento da banda de hidrogênio. É a primeira vez que isso é visto para o hidrogênio.
Isso levou a equipe liderada pelo professor Rajeev Ahuja a realizar experimentos de computador sistemáticos com base em métodos de primeiros princípios de última geração para estudar o ETT. Os resultados estão em excelente acordo com as observações experimentais e até permitiram a previsão de que a fase metálica do hidrogênio passa por muitos ETTs intermediários. As simulações extensivas foram realizadas usando recursos fornecidos pela Infraestrutura Nacional Sueca para Computação (SNIC) no NSC.
"ETT em hidrogênio representa uma descoberta extraordinariamente importante, "diz o professor Ahuja." Nossos resultados podem representar um importante avanço na busca experimental e teórica por hidrogênio metálico e até supercondutor em um regime de pressão tratável. "
