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Physical Chemistry

Novas experiências apresentam outra pretensão ao hidrogênio metálico

O estudo pode abrir uma nova porta para o material previsto, mas ele permanece fora de alcance

by Sam Lemonick
February 10, 2020 | APPEARED IN VOLUME 98, ISSUE 6

 

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Credit: Paul Loubeyre
A absorção de hidrogênio da luz infravermelha muda acima de 400 GPa, o que os cientistas interpretam como uma transição para um estado metálico.

Acesse todo o conteúdo em português da C&EN em cenm.ag/portuguese.

A missão para produzir hidrogênio metálico tem sido longa e árdua. A vitória foi declarada várias vezes e, às vezes, retraída. Os cientistas previram o estado metálico do hidrogênio - o que poderia ser útil como supercondutor, combustível de foguete entre outros - há quase 85 anos, mas não foi até a década de 2010 que os grupos de pesquisa anunciaram resultados que pareciam colocar o campo de estudo às portas do material procurado há tanto tempo. Nas primeiras semanas de uma nova década, outra equipe relatou que criou uma forma metálica de hidrogênio usando um novo projeto experimental (Nature 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1927-3).

Como outros elementos, o hidrogênio pode se tornar um metal sob altas pressões, quando seus elétrons se deslocalizam e se movem livremente através de uma matriz de prótons. Mas chegar a quase 5 milhões de vezes a pressão ambiente dificultou as tentativas experimentais. Os pesquisadores obtiveram sucesso com bigornas de diamante, feitas de diamantes sintéticos cuidadosamente produzidos com pontas achatadas entre as quais pequenas quantidades de hidrogênio são comprimidas.

No novo estudo, Paul Loubeyre, da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica, e colaboradores usaram uma bigorna com um novo tipo de superfície de compressão - uma depressão em forma de anel esculpida por um feixe de íons - e mediram as mudanças na absorção infravermelha de suas amostras de hidrogênio. Acima de 400 GPa, o grupo de Loubeyre mediu os espectros de IR indicando que a amostra de hidrogênio se tornou metálica, o que se alinha às previsões teóricas.

A equipe de pesquisa e outros concordam que os resultados são mais consistentes com um estado metálico das moléculas de hidrogênio diatômico, em vez de um metal com átomos de hidrogênio, que é o estado com as propriedades mais procuradas. Para mostrar que as medições não foram o resultado da deformação da bigorna de diamante - um problema em alguns estudos anteriores - os pesquisadores relataram dados sugerindo que as mudanças também são revertidas à medida que a pressão diminui.

A pesquisa recebeu elogios de especialistas da área, muitos dos quais poderiam ser descritos como concorrentes ou colaboradores do grupo Loubeyre - ou ambos - na corrida para produzir hidrogênio metálico. Vários apontam que, embora essas medições ópticas sejam consistentes com uma transição para um estado metálico, ainda podem haver outras explicações, incluindo outro estado de hidrogênio, alguma alteração na estrutura do diamante ou uma interação entre o hidrogênio e a bigorna. Resultados ópticos semelhantes também foram relatados por outros grupos. O grupo de Loubeyre parece ter atingido uma pressão mais alta do que naqueles estudos, embora diferenças na forma como a pressão seja medida nessas experiências dificultem uma clara determinação.

Mikhail Eremets, do Instituto Max Planck de Química, diz que medir a condutividade da amostra seria uma maneira mais definitiva de determinar se um grupo finalmente produziu hidrogênio metálico. A medição da condutividade determinaria se a amostra continuava condutora ao zero absoluto - uma definição de metal - ou era supercondutora, que é a maior promessa do hidrogênio metálico. Eremets realizou experimentos de condutividade em hidrogênio pressurizado, mas é difícil incorporar cabos elétricos em experimentos com bigorna de diamante, e as medições de condutividade são invasivas porque a corrente elétrica pode afetar as propriedades da amostra.

Mais tentativas de produzir hidrogênio metálico virão. Loubeyre diz que seu grupo tentará pressões mais altas com seu arranjo. Mas Russell Hemley, da Universidade de Illinois em Chicago, destaca que, embora o hidrogênio metálico continue sendo um alvo interessante de pesquisa, os químicos já entregaram materiais como o hidreto de lantânio, que exibem algumas das propriedades - como supercondutividade próxima à temperatura ambiente - prometidas pelo hidrogênio metálico (Phys. Rev. Lett. 2019, DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.027001).

Essas traduções são parte da colaboração entre C&EN e a Sociedade Brasileira de Química. A versão original (em inglês) deste artigo está disponível aqui.

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