Birleşik Krallık ve ABD'den araştırmacılar, iki atomlu moleküllerin kırılarak grafene benzer altı-atomu halkalar oluştururduğu iddiasını öne sürdüler. Yeni faz çok yüksek basınçlarda oluşur ve uzun süredir peşinden koşulan bir faz olan metalik hidrojene bir basamak olabilir.
Metalik hidrojen için arayış 19.yüzyılın sonlarından beri sürmektedir, bu zamanlarda, periyodik tabloda alkali metallerin oluşturduğu sütunun tepesinde bulunan elementin bir metal oluşturması gerektiği öne sürüldü. 1935'te, Eugene Wigner ve Hillard Bell Huntington isimli fizikçiler, hidrojenin kabaca 25 GPa gibi yüksek basınçlarda metalik bir katı olması gerektiğini tahmin etti, ancak daha sonra yapılan denemelerde bu basınçlara ulaşıldığı zaman metalik geçişe ilişkin hiçbir ize rastlanmamıştır. Daha sonraki deneylerde daha yüksek basınçlar da kullanılmıştır. Gerçekten de, geçen yıl Mainz, Almanya'da bulunan Max Planck Kimya Enstitüsü'nde çalışan Mikhail Eremets ve Ivan Troyan, 260 GPa'ya kadar olan basınçlarda metalik hidrojene ait kanıtlara ulaştılar. Ancak diğer bilim adamlarına göre bu kanıt güvenilmez idi.
Metalik hidrojen için süregelen mücadele çok önemlidir, çünkü belirgin uygulamalara yol verme potansiyeline sahiptir. Örneğin, bazı uzmanlar bu malzemeyle çalışmanın oda sıcaklığında çalışan bir süperiletken verebileceğine inanmaktadır, bu süperiletken ile kayıpsız güç aktarımı mümkün olabilecektir.
Yoğun basınç altında hidrojen grafen benzer bir yapı oluşturabilimektedir.
© APS
Günümüzde, Edinburgh Üniversitesi'nden Eugene Gregoryanz ve meslektaşları katı hidrojenin yeni bir fazını tespit etmiş bulunmakta olup metalik faza doğru giden önemli bir adım olduğunu iddia etmektedir. Hidrojenin, gazı aşırı miktarda soğutarak oluşturulabilecek üç tane bilinen katı fazı bulunmaktadır: I fazı, serbestçe dönen moleküllerin sıkı istiflenmiş bir yapısıdır; II fazı, I fazı ile yapısal olarak benzemektedir, ancak yönelimsel düzenlemeler biraz farklıdır; III fazında ise HH bağlarının kuvveti o kadar düşüktür ki hidrojenin moleküler değil, kısmen atomik olarak düşünülmesi gerekir.
Bu üç fazın kesiştiği faz diyagramında kritik nokta etrafındaki alan iyi bilinmektedir, ancak daha yüksek basınçlar altında III fazının ötesinde ne olduğunu kimse bilmemektedir. İşte bu noktada Gregoryanz grubunun dikkat çektiği görülmektedir.
Araştırmacılar, elmas örs hücresinde hidrojen ve döteryum örneklerini 315 GPa basıncına ve 300 K sıcaklığa eriştirmiştir. Raman spektroskopisi kullanarak, HH bağlarının kuvvetini tayin eden vibron frekansını ölçmüş ve hidrojenin ne kadar “moleküler” olduğunu ifade etmişlerdir. 220 GPa'da araştırmacılar temel vibron frekansının hızla düştüğünü ve orijinal frekansı korumak kaydı ile ikinci bir vibronun ortaya çıktığını bulmuştur.
Bu sonuçları anlamak için, Gregoryanz grubu, Birleşik Krallık'ta Chris Pickard ve Richard Needs tarafından 2007 yılında yayınlanmış, katı hidrojen fazlarını içeren bir teoriye dönmüştür. Fizikçilerin birinin yeni faz için yaptığı tahminler son elde edilen sonuçlarla oldukça yakın bir uyum içindedir: hidrojenin düzensiz altı atomlu halkalar şeklinde grafen benzeri tabakalar oluşturması düşük vibron frekansını açıklamaktadır. İkinci ve daha yüksek vibron frekansını açıklayan bulgu ise bağ yapmamış hidrojen moleküllerinin serpiştirilmiş olmasıdır.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Harvard Üniversitesi'nde metalik hidrojen arayışını yöneten bir lider olan William Nellis, bu çalışmayı yoğun hidrojenin çalışmalarının “büyük bir canlanması” olarak görmektedir. Araştırmacılar tarafından ölçülen 1,8 eV'lik elektronik bant genişliği bir metal için beklenene oranla hâlâ çok büyüktür, ancak Nellis deneysel tekniklerin daha ileri çalışmalar için yolu açtığını düşünmektedir. Nellis, “Hidrojen, elmas örs hücrelerinden diffüze olmadan böyle yüksek basınçlarda contalarının nasıl çalıştığına dair ayrıntılar bildirmişlerdir” demektedir. “Bu bilgi, konu ile ilgilenen diğer araştırmacılar için faydalı olacaktır” diye sözlerini bitirmektedir.
Bildiren: Jon Cartwright
Referanslar
RT Howie et al, Phys. Rev Lett , 2012,. 108 , 125.501 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.125501)