Bilim insanları on yıllardır yüksek basınçlar altında hidrojenin metal haline gelebileceğini tahmin ediyordu. Atmosfer basıncının 4 milyon katı büyüklüğündeki basınçlar altında metal özellikleri sergileyecek hidrojenin, bu sayede elektrik de ileteceği düşünülüyordu. Bu malzemenin peşinden koşan araştırmacılar, yıllar içerisinde şüpheli sonuçlar elde etti.
ABD, Almanya ve Fransa'dan araştırmacılar, hidrojeni yüksek basınçlarda sıkıştırarak bu aşamadaki özelliklerini inceledi. Bu bilim insanları tarafından yakın zamanda yayınlanan bir makale, şimdiye kadar metalik hidrojen üzerine elde edilmiş en güçlü kanıtları sergiliyor. Öte yandan araştırma henüz tamamlanmış değil.
Hidrojen katı halden metal hale geçti
Fizikçi Eugene Paul Wigner, 80 yıl önce hidrojene basınç uygulandığı takdirde elementin önce katılaşacağını sonra da metal hale geleceğini savunmuştu. Teoriyi kanıtlamak için bu büyüklüklerde basınçlar uygulamak hayli zor.
Fransa Atom Enerjisi Komisyonu'ndan Paul Loubeyre'nin liderlik ettiği yeni araştırmada hidrojen, elmas örs hücresi adı verilen bir aracın yardımıyla elmasın uçları arasında sıkıştırıldı. Daha sonra örnek, SOLEIL elektron hızlandırıcısındaki kızıl ötesi radyasyon kullanılarak gözlemlendi.
300 GPa'lık (300 milyar pascal, deniz seviyesindeki atmosfer basıncıysa yalnızca 101 bin 325 pascal) basıncın üzerine çıkıldığında hidrojenin katılaştığı ve görünür ışığı geçirmez hale geldiği görüldü. 425 GPa ve mutlak sıfırdan 80 derece yükseklikteki bir sıcaklıktaysa hidrojen, kızıl ötesi ışınları geçirmez hale geldi. Bu durum, hidrojenin katı halden metal hale geçtiğine kanıt olarak görülüyor.
Bilim insanları metalik hidrojenden henüz emin değil
Loubeyre, basıncı azaltıp yeni ölçümler yaparak hidrojenin elmasların ucundan sızmadığını doğrulamaya çalıştıklarını kaydetti. Loubeyre'ye göre elde ettikleri sonuç iki tane: Birincisi, göreli olarak yeni bir elmas örs hücresi kullanıldı. Bunun adı toroidal (halka şeklinde) elmas örs hücresi ve geleneksel elmas örs hücresine nazaran daha yüksek basınçlara dayanmak üzere tasarlandı. İkincisi, SOLEIL'deki deneye dalga boyu ölçen bir spektometre de dahil edildi. Böylece elmasın içindeki hidrojenin çeşitli özelliklerini eş zamanlı olarak ölçe şansı elde edildi.
Araştırmacılar çalışmalarının Nature'da yayınlamış olmalarına rağmen henüz kesin olarak metalik hidrojeni gözlemlediklerini iddia etmiyorlar. Bilim insanları, "metal hidrojene muhtemel dönüşüm" demekle yetiniyorlar. Ekipmanlarının hassaslığına ilişkin sınırlar nedeniyle, araştırmacılar küçük bir kuşak aralığının varlığı ihtimalini reddetmiyorlar. Kuşak aralığı, bir malzemeyi iletkene dönüştürmek için gerekli olan az miktarda girdi enerjisi. Bu da demek oluyor ki, eğer gerçekten bir kuşak aralığı varsa, araştırmacılar henüz hidrojen metalinin yaratılmasını göstermiş olmuyorlar.
Bununla birlikte Carnegie Institution for Science'tan Zack Geballe, çalışmanın hidrojenin metalik özelliklerinin daha ileri araştırmaları için bir mihenk taşı olduğunu vurguluyor. Geballe, malzemenin iki tarafına elektrot yerleştirerek malzemeden geçen elektrik akımını ölçmenin de zamanının geldiğine inanıyor. Mikhail Eremets tarafından yönetilen bir başka ekibin yazdığı bir makalede, 350 GPa'dan 440 GPa'ya kadar olan basınçlarda hidrojenin hâlâ katı halde bulunduğu belirtiliyor.