Evidência promissora de deutério formando um estado metálico em alta pressão

Dados experimentais selecionados (a). Fotografias da amostra de deutério sob iluminação de luz branca acima de 400 GPa a 80 K. (b) T_2g espectros phonon Raman da ponta de bigorna de diamante, com uma forma de degrau apontando o número de onda usado para calcular a pressão (como ponto vermelho) associado à ponta de diamante – D₂ interface. (c) Espectros de transmissão no infravermelho. As características de absorção intrínseca devido ao deutério são indicadas pela estrela vermelha apontando para o pico do vibron e o triângulo vermelho apontando para a zeragem em números de onda altos devido à diminuição do band gap. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.035501

Um trio de pesquisadores da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica mostrou evidências promissoras de deutério formando um estado metálico em alta pressão. Em seu artigo publicado na revista Physical Review Letters, Paul Loubeyre, Florent Occelli e Paul Dumas descrevem o processo que usaram para pressurizar uma amostra de deutério e testá-la para um estado de transição.
A teoria sugere que todos os elementos devem fazer a transição para um estado metálico se submetidos a uma pressão forte o suficiente. Isso ocorre porque, em algum momento, seus elétrons serão deslocalizados. Mas modelar, muito menos demonstrar, tais pontos de transição provou ser difícil. Pesquisas iniciais procurando o estado de transição do hidrogênio levaram a teorias de que atingiria um estado metálico quando as moléculas de hidrogênio se dissociassem completamente. Isso levou a muitos esforços para ver se tais teorias eram verdadeiras – infelizmente, nenhuma foi bem-sucedida. Então, em 2000, uma equipe da Universidade de Cornell calculou que o hidrogênio deveria fazer a transição a 410 GPa. Em 2020, os pesquisadores do estudo atual usaram uma bigorna de diamante para comprimir uma amostra de hidrogênio a 425 GPa e usaram absorção de infravermelho síncrotron e espectroscopia Raman para medir o band gap do material. Eles encontraram uma queda repentina de 0,6eV para 0,1eV a 80K, compreendendo evidências promissoras de formação de hidrogênio em um estado metálico como teorizado.

Pouco tempo depois, o físico Alexander Goncharov sugeriu que as transições deveriam acontecer mais facilmente sob condições em que o movimento quântico pudesse permitir que alguns átomos fizessem túneis de um lugar para outro. Observando que os núcleos de deutério são mais pesados que o hidrogênio, os pesquisadores argumentaram que eles deveriam ser menos deslocalizados que os prótons e, portanto, deveriam exigir mais pressão para a transição. Para descobrir se esse era o caso, a equipe reexecutou seu esforço de 2020, mas desta vez eles usaram deutério em vez de hidrogênio. Eles descobriram que o band gap diminuiu de maneira semelhante ao experimento do hidrogênio, mas o fez a 460 GPa, possivelmente confirmando a teoria. Os pesquisadores observaram que também não viram nada que indicasse que a dissociação molecular ocorreu em qualquer um dos experimentos. + Explorar mais