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哈佛科学家们创造了地球上最稀有的物质

在理论化近一个世纪之后,哈佛大学的科学家们报告说,他们已经成功地创造了地球上最稀有的材料,最终可能发展成为最有价值的材料之一。Thomas D. Cabot自然科学教授Isaac Silvera和博士后研究员Ranga Dias长期以来一直在寻找这种材料,称为原子金属氢。

除了帮助科学家回答关于物质性质的一些基本问题之外,该材料理论上具有广泛的应用,包括作为室温超导体。他们的研究在今天发表在“科学”杂志上的一篇论文

“这是高压物理学的圣杯,”西尔维拉谈到了寻找这种物质的追求。“这是地球上第一个金属氢的样本,所以当你看到它时,你会看到以前从未存在过的东西。”

在他们的实验中,Silvera和Dias以495千兆帕斯卡(GPa)挤压了一个微小的氢气样本,或者超过每平方英寸7170万磅,这大于地球中心的压力。Silvera解释说,在如此极端的压力下,固体分子氢(由固体晶格位点上的分子组成)分解,紧密结合的分子解离,转化为原子氢,这是一种金属。虽然这项工作为了解氢的一般性质创造了一个重​​要的窗口,但它也为潜在的革命性新材料提供了诱人的暗示。

“一个非常重要的预测是金属氢被预测为亚稳态,”西尔维拉说。“这意味着如果你减压,它将保持金属状态,类似于在强热和高压下石墨从石墨形成的方式,但是当压力和热量被去除时仍然是钻石。”

了解材料是否稳定很重要, Silvera说,因为预测表明金属氢可以在室温下充当超导体。“在传输过程中,多达15%的能量会因耗散而损失,”他说,“因此,如果你能用这种材料制造电线并在电网中使用它,那么它可能会改变这个故事。”

Dias说,室温超导体可以改变我们的运输系统,使高速列车的磁悬浮成为可能,同时提高电动汽车的效率并改善许多电子设备的性能。该材料还可以在能源生产和储存方面提供重大改进。由于超导体具有零电阻,超导线圈可用于存储多余的能量,然后可在需要时使用。

作为一种更强大的火箭推进剂,金属氢还可以在帮助人类探索远处空间方面发挥关键作用。原子分子氢产生阶段的显微图像:透明分子氢(左)在约200千兆帕(GPa)的压力下,其变成黑色分子氢,最后在495GPa下反射原子金属氢。感谢Isaac Silver。

原子分子氢产生阶段的显微图像:透明分子氢(左)在约200GPa,转化为黑色分子氢,最后反射原子金属氢在495GPa。感谢Isaac Silvera。

“制造金属氢需要大量的能量,”Silvera解释道。“如果你将它转换回分子氢,所有能量都会被释放,这将使它成为人类已知的最强大的火箭推进剂,并且可以彻底改变火箭。”今天使用的最强大的燃料具有“特定的”特征。脉冲“(以秒计算,推进剂从火箭背面发射的速度有多快),为450秒。相比之下,金属氢的比冲量理论上为1,700秒。

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