Hidrogênio metálico é criado em laboratório pela primeira vez

O hidrogênio metálico foi obtido em uma bigorna de diamante, em pressões acima de 465 GPa. [Imagem: R.Dias/I.F.Silvera]

       Previsto para existir no núcleo de planetas gigantes, como Júpiter, o hidrogênio sólido acaba de ser sintetizado em laboratório pela primeira vez - depois de mais de 80 anos de tentativas.

       Os primeiros dados confirmam que o hidrogênio metálico apresenta muitas qualidades importantes no campo da física, incluindo a supercondutividade e a superfluidez, o que poderia ter implicações valiosas para a solução de problemas energéticos.

       Em 1935, dois cientistas - Wigner e Huntington - previram que o hidrogênio molecular se tornaria um metal sólido a uma pressão de 25 gigapascals (GPa).

       Inúmeros experimentos mostraram que alguns dos pressupostos de Wigner e Huntington estavam errados. No ano passado, os primeiros indícios experimentais do hidrogênio metálico começaram a surgir a 325 GPa.

       Agora, Ranga Dias e Isaac Silvera, da Universidade de Harvard, nos EUA, finalmente metalizaram o hidrogênio depois de submeter o gás a pressões entre 465 e 495 GPa a 5,5 K - uma pressão quase 20 vezes mais alta do que a inicialmente prevista.

       As medições espectroscópicas indicam que o hidrogênio se dissociou do seu estado molecular padrão (H₂) em um metal atômico. A dupla acredita que a fase metálica é provavelmente sólida, mas o experimento que eles realizaram não produziu dados suficientes para discriminar entre os estados sólido e líquido - o que eles sabem ao certo é que o hidrogênio metálico se formou e apresenta as características esperadas.

       “Esta é a primeira amostra de hidrogênio metálico na Terra. Então, se você está olhando para ela, está olhando para algo que nunca existiu antes,” disse Silvera.

As fases do hidrogênio obtidas durante o experimento. [Imagem: R.Dias/I.F.Silvera]

“O desafio agora é resfriar o hidrogênio metálico e, se for o caso, estudar sua estabilidade térmica para ver se há um caminho para sua produção em grandes quantidades”, concluiu a dupla.

       Cálculos teóricos mais recentes indicam que pode ser possível criar hidrogênio metálico supercondutor de uma forma mais fácil adicionando um pouco de lítio ao experimento.

Bibliografia:

Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen. Ranga P. Dias, Isaac F. Silvera. Science. DOI: 10.1126/science.eaal1579.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=hidrogenio-metalico-criado-laboratorio-pela-primeira-vez&id=010160170127&ebol=sim

Nova liga supercondutora alterna entre fases (Copper stripes help iron pnictide lock in insulating state)

A nova liga do Rice Center for Quantum Material’s é o primeiro supercondutor à base de ferro que pode ser continuamente ajustado da fase supercondutora à fase isolante de Mott. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University

Físicos do Rice Center for Quantum Material’s (RCQM) criaram um novo material à base de ferro que oferece pistas sobre as origens microscópicas da supercondutividade de alta temperatura. O material que contém os elementos ferro, sódio, cobre e arsênio foi obtido pelo estudante Rice Yu Song no laboratório do físico Pengcheng Dai.

O material foi obtido pela mistura de ingredientes em uma atmosfera de argônio puro selada em recipientes de niobio e ‘cozida’ a quase 1.000 ºC. A liga exibe camadas em que ferro e cobre se separam em listras alternadas. Essa característica é crítica para a utilidade do material em explicar as origens da supercondutividade de alta temperatura, disse o diretor do RCQM, Qimiao Si.

“Ao formar esse padrão regular, Yu Song removeu fisicamente a desordem do sistema, e isso é crucial para ser capaz de dizer algo significativo sobre o que está acontecendo eletronicamente”, disse Si, um físico teórico que trabalhou para explicar as origens da supercondutividade de alta temperatura e fenômenos semelhantes há quase duas décadas.

“O problema central da supercondutividade de alta temperatura é entender a relação precisa entre esses dois estados fundamentais da matéria (isolante e supercondutor) e a transição de fase entre eles”, disse Dai, professor de física e astronomia em Rice. “A mudança macroscópica é evidente, mas as origens microscópicas do comportamento estão abertas à interpretação, em grande parte porque há muitas variáveis ​​em jogo, e a relação entre elas é simultaneamente sinérgica e não-linear”.

Dai afirma que duas escolas de pensamento “se desenvolveram desde o início, um deles foi o campo itinerante, que argumenta que ambos os estados, em última instância, surgem de elétrons itinerantes. Afinal, esses materiais são metais, mesmo que sejam metais pobres”. O outro campo é o localizado, que argumenta que a física fundamentalmente nova surge devido às interações elétron-elétron no ponto crítico em que os materiais transitam de uma fase para a outra.

As medidas do novo material suportam a teoria localizada. Este sistema é o primeiro membro de uma classe de supercondutores à base de ferro chamados pnictídeos, que podem ser ajustados entre duas fases concorrentes: a fase supercondutora e um ‘isolante de Mott’ na qual os elétrons ficam bloqueados e não fluem.

A estrutura cristalina do novo material em camadas inclui listras alternadas de ferro (azul) e cobre (vermelho). O striping é crítico para a utilidade do material na explicação das origens da supercondutividade de alta temperatura. Crédito: Yu Song/Rice University

“A descoberta que Yu Song fez é que este material é mais correlacionado, o que é evidente devido à fase isolante de Mott”, disse Dai. “Esta é a primeira vez que alguém relata um supercondutor de ferro que pode ser continuamente sintonizado da fase supercondutora à fase isolante de Mott”.

“Nós mostramos que se a interação era fraca, mesmo substituindo 50% do ferro com cobre ainda não seria suficiente para produzir o estado isolante”, disse Si. “O fato de que nossos experimentalistas conseguiram transformar o sistema em isolante de Mott, fornece evidência direta de fortes interações elétron-elétron nos pnictídeos. Isto é um importante passo porque sugere que a supercondutividade deve estar amarrada com estas fortes correlações de elétrons”.

Fonte1: https://phys.org/news/2016-12-copper-stripes-iron-pnictide-insulating.html

Fonte2: http://www.nature.com/articles/ncomms13879