Металевий водень

Металевий водень, який знаходиться під тиском близько чотирьох з половиною мільйонів атмосфер, може мати найбільшу критичну температуру переходу в ряду високотемпературних провідників. Згідно з попередніми розрахунками італо-німецької групи вчених фізиків-теоретиків, критична температура елемента дорівнює 242 К (мінус тридцять один градус Цельсія).

Газоподібний водень перетворюється в рідину при температурі 20 К. Якщо знизити температуру ще на 6 К, то можна перевести елемент у твердий стан. Ханінгтон і Вигнер в 1935-му році припустили отримання водню в лабораторії. На їхню думку, необхідно було використовувати високий тиск - близько 25 ГПа (один ГПа приблизно дорівнює десяти тисячам атмосфер). Так, під впливом високого тиску елемент перетвориться на ізотоп водню - з діелектричного елемента в який проводить. Слід зазначити, що газ в початковому стані володіє провідними властивостями. Так само, як і метали, елемент проводить електрику, при цьому він може і не перебувати в твердому стані. Іншими словами, водень може являти собою і рідина, що володіє металевими властивостями.

У 1971-му році в світ вийшла робота радянських вчених-теоретиків на чолі з Каганом. Група фізиків доводила, що металевий водень може бути метастабільним. Це означає, що після припинення впливу підвищеним тиском, елемент не перейде у свій первісний стан - газ, що володіє діелектричними властивостями. Разом з цим до цих пір неясно, чи буде ця стадія досить тривалої для того, щоб встигнути використовувати металевий водень.

Перший успіх в дослідному плані був отриманий в 1975-му році, в лютому. Група вчених на чолі з Верещагіним створила металевий водень. Під впливом температури в 4,2 К в тонкому шарі елемента за допомогою алмазних наковален підданому також впливу тиску порядка 300 ГПа спостерігалося зниження електричного опору газу в мільйони разів. Це свідчило про перехід водню в металевий стан.

Для отримання високого тиску застосовується алмазна ковадло. Вона представлена у вигляді двох штучних алмазів, вістрями туляться один до одного за допомогою преса. У підсумку на зрізі, діаметр якого - близько декількох десятих часток міліметра, утворюється необхідний тиск. На цій ділянці в комірці розташовується охолоджений зразок. До зразка в цьому ж місці підводиться обладнання: мініатюрні термопари, електроди та інші вимірювальні прилади.

Наступним етапом у роботі вчених стало з`ясування можливості подальшого переходу металевого стану в надпровідний. Першим задався цією проблемою Нейл Ешкрофт. Теоретик передбачив, що у металевого водню з`являться «екзотичні» властивості під впливом високих температур, що перевищують 200 К.

Порівняно недавно вийшла робота німецьких та італійських фізиків. Автори стверджують, що за рахунок електрон-фононного механізму формування куперовских пар досягається рекордний показник критичної температури - 242 К. Разом з цим, однак, необхідно і вплив високого тиску - порядка 450 ГПа, а це, в свою чергу, в чотири з половиною мільйони разів перевищує атмосферний тиск.

При електрон-фононному формуванні куперовских пар при русі в періодичній решітці в кристалі електрон притягує найближчі іони, заряджені позитивно. При цьому відбувається незначна деформація решітки, і на короткий час збільшується концентрація позитивного заряду. За рахунок збільшеної концентрації притягається інший електрон. Так, притягуються обидва електрона. При ненульовий температурі відбувається коливання іонів біля своїх станів рівноваги. Фонони - це кванти даних коливань.