Højtrykselektronik overfører en vej til højtemperatursuperledning i brint

Udvidede data Fig. 1 Rå XRD-billeder opnået ved brug af en ren Re-pakning og en kompositpakning ved samme strålelinje. -en , XRD-billede opnået ved 45 GPa med Re-pakningen. Indsatsen viser et mikroskopbillede af prøven efter gaspåfyldning, med kammerdiameteren på 17 µm. Ved 45 GPa, kammeret krymper til en diameter på ca. 10 µm. b , Rå XRD-billede af prøven opnået ved 162 GPa ved hjælp af en sammensat pakningsindsats (cBN og epoxy); kammerdiameteren er 7 µm. Opsætningen af beamline-fokuseringsenheden (Kirkpatrick–Baez-spejle) var ens i begge målinger, med oprensningsnåle huller på 20 µm ( -en ) og 60 µm ( b ) i diameter. Det skal understreges, at selvom røntgenstrålen anvendt i b har en større hale (på grund af det større oprensningsnålehul), b har en væsentlig lavere baggrund end -en . MgO- og epoxyindsatsen producerer et lignende niveau af baggrund som cBN- og epoxyindsatsen. Røde masker i -en og b dække mellemrummene mellem sensorchipsene på Pilatus 1M-detektoren. Kredit:Uppsala Universitet

Et internationalt eksperimentelt forskerhold ledet af professor Ho-Kwang Mao og Dr. Cheng Ji fra HPSTAR, Kina og et teorihold ledet af professor Rajeev Ahuja, Uppsala Universitet, har brugt eksperimentel forskning samt teori til at forstå højtryks strukturelle faseovergange i brint, som kunne give anledning til metallisering og endda kunne resultere i superledning. Resultaterne blev offentliggjort i denne uge i online-udgaven af Natur .

Brint (H ₂ ) er et af de mest rigelige og letteste grundstoffer i universet, og der har været spekulationer i tres år om, at metallisering af rent brint kunne føre til superledning ved stuetemperatur, selvom dette har været et åbent spørgsmål indtil nu. Imidlertid, et enormt tryk ville være nødvendigt for at komprimere hydrogen tilstrækkeligt til at opnå denne metalliske tilstand. Med ubarmhjertig eksperimentel indsats gennem de sidste tre årtier, solid H ₂ er blevet komprimeret op til tryk tæt på 400 GPa (omtrent trykket i jordens centrum), og seks højtryksmolekylære faser over 100 GPa er blevet identificeret på basis af spektroskopiske observationer uden tilstrækkelige strukturelle begrænsninger.

Gennem ny teknisk udvikling skræddersyet til ultrahøjtryksbrint, vi fik endelig røntgendiffraktion (XRD) data for hydrogenfaser I, III og IV op til 254 GPa. Overraskende nok, disse faser udviser ikke forskellige krystalsymmetrier, men alle forbliver i den hexagonale tætpakkede (hcp) struktur med drastisk reduktion af det aksiale c/a-forhold i forhold til det ideelle hcp-gitter. Vores undersøgelse tyder på, at massiv forvrængning af hcp Brillouin-zonen fører til en række elektroniske topologiske overgangsfaser (ETT) før brintbåndslukningen. Det er første gang, det er set for brint.

Dette fik holdet ledet af professor Rajeev Ahuja til at udføre systematiske computereksperimenter baseret på state-of-the-art første-principper metoder til at studere ETT. Resultaterne er i glimrende overensstemmelse med eksperimentelle observationer og gav endda mulighed for forudsigelsen, at den metalliske fase af brint går via mange mellemliggende ETT'er. De omfattende simuleringer blev udført ved hjælp af ressourcer leveret af den svenske National Infrastructure for Computing (SNIC) på NSC.

"ETT i brint repræsenterer en ekstraordinær vigtig opdagelse, " siger professor Ahuja. "Vores resultater kan ses at repræsentere et vigtigt fremskridt i den eksperimentelle og teoretiske søgen efter metallisk og endda superledende brint inden for et håndterbart trykregime."

Sidste artikelHvorfor er videnskabsmænd så begejstrede for en nylig hævdet kvantecomputermilepæl?

Næste artikelNy chip klar til at muliggøre håndholdt mikrobølgebilleddannelse