Casi un siglo después de que se teorizó, los científicos de Harvard han logrado crear los materiales más raros, y potencialmente uno de los más valiosos, del planeta.
El material - hidrógeno metálico atómico - fue creado por el profesor Thomas D. Cabot de Ciencias Naturales Isaac Silvera y su compañero posdoctoral Ranga Dias. Además de ayudar a los científicos a responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la materia, el material esteorizado para tener una amplia gama de aplicaciones, incluso como un superconductor a temperatura ambiente. La creación del material raro se describe en un artículo publicado el 26 de enero en ciencia .
"Este es el santo grial de la física de alta presión", dijo Silvera. "Es la primera muestra de hidrógeno metálico en la Tierra, así que cuando lo miras, estás mirando algo que nunca antes había existido"
Para crearlo, Silvera y Dias exprimieron una pequeña muestra de hidrógeno a 495 gigapascales, o más de 71.7 millones de libras por pulgada cuadrada, mayor que la presión en el centro de la Tierra. A esas presiones extremas, explicó Silvera,El hidrógeno molecular sólido, que consiste en moléculas en los sitios reticulares del sólido, se descompone y las moléculas fuertemente unidas se disocian para transformarse en hidrógeno atómico, que es un metal.
Si bien el trabajo ofrece una nueva ventana importante para comprender las propiedades generales del hidrógeno, también ofrece pistas tentadoras sobre nuevos materiales potencialmente revolucionarios.
"Una predicción que es muy importante es que se predice que el hidrógeno metálico será metaestable", dijo Silvera. "Eso significa que si quitas la presión, se mantendrá metálico, de forma similar a la forma en que se forman los diamantes a partir del grafito bajo calor intenso ypresión, pero sigue siendo un diamante cuando se elimina esa presión y calor "
Silvera dijo que es importante comprender si el material es estable, porque las predicciones sugieren que el hidrógeno metálico podría actuar como un superconductor a temperatura ambiente.
"Eso sería revolucionario", dijo. "Hasta el 15 por ciento de la energía se pierde por disipación durante la transmisión, por lo que si pudieras hacer cables de este material y usarlos en la red eléctrica, podría cambiar esa historia."
Dijo que entre los santos griales de la física, un superconductor a temperatura ambiente, Dias, podría cambiar radicalmente nuestro sistema de transporte, haciendo posible la levitación magnética de los trenes de alta velocidad, así como hacer que los autos eléctricos sean más eficientes y mejorar el rendimiento de muchos dispositivos electrónicos.
El material también podría proporcionar mejoras importantes en la producción y el almacenamiento de energía, ya que los superconductores tienen energía de resistencia cero, podrían almacenarse manteniendo corrientes en bobinas superconductoras, y luego usarse cuando sea necesario.
Aunque tiene el potencial de transformar la vida en la Tierra, el hidrógeno metálico también podría desempeñar un papel clave para ayudar a los humanos a explorar los confines del espacio, como descubrió el propulsor de cohete más poderoso hasta la fecha.
"Se necesita una cantidad tremenda de energía para producir hidrógeno metálico", explicó Silvera. "Y si se convierte de nuevo en hidrógeno molecular, se libera toda esa energía, por lo que sería el propulsor de cohete más poderoso conocido por el hombre,y podría revolucionar los cohetes "
Los combustibles más potentes en uso hoy en día se caracterizan por un "impulso específico", una medida, en segundos, de la rapidez con que se dispara un propulsor desde la parte posterior de un cohete, de 450 segundos. El impulso específico para el hidrógeno metálico, en comparación, se teoriza que será de 1.700 segundos.
"Eso fácilmente le permitiría explorar los planetas exteriores", dijo Silvera. "Podríamos poner cohetes en órbita con solo una etapa, frente a dos, y podríamos enviar cargas útiles más grandes, por lo que podría ser muy importante"."
Para crear el nuevo material, Silvera y Dias recurrieron a uno de los materiales más duros de la Tierra: el diamante.
Pero en lugar de diamantes naturales, Silvera y Dias usaron dos pequeñas piezas de diamantes sintéticos cuidadosamente pulidos que luego fueron tratados para hacerlos aún más resistentes y luego montados uno frente al otro en un dispositivo conocido como una célula de yunque de diamante.
"Los diamantes se pulen con polvo de diamante, y eso puede extraer el carbono de la superficie", dijo Silvera. "Cuando miramos el diamante usando microscopía de fuerza atómica, encontramos defectos que podrían debilitarlo y romperlo".
La solución, dijo, era utilizar un proceso de grabado iónico reactivo para rasurar una pequeña capa, de solo cinco micras de grosor, o aproximadamente una décima parte de un cabello humano, de la superficie del diamante. Luego, los diamantes fueron recubiertos conuna capa delgada de alúmina para evitar que el hidrógeno se difunda en su estructura cristalina y los fragilice.
Después de más de cuatro décadas de trabajo en hidrógeno metálico, y casi un siglo después de que se teorizó por primera vez, ver el material por primera vez, dijo Silvera, fue emocionante.
"Fue realmente emocionante", dijo. "Ranga estaba ejecutando el experimento, y pensamos que podríamos llegar allí, pero cuando me llamó y me dijo: 'La muestra está brillando', fui corriendo allí, yera hidrógeno metálico.
"Inmediatamente dije que teníamos que hacer las mediciones para confirmarlo, así que reorganizamos el laboratorio ... y eso fue lo que hicimos", dijo. "Es un logro tremendo, e incluso si solo existe en este yunque de diamantescélula a alta presión, es un descubrimiento muy fundamental y transformador "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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