Nueva fase del hidrógeno a más de 325 gigapascales de presión

Dibujo20160108 Proposed phase diagram of hydrogen up to 400 GPa nature16164-f4

En 1935 se predijo que a alta presión los enlaces moleculares H–H en la molécula de hidrógeno (H2) se podrían romper dando lugar a hidrógeno metálico sólido. Hace 30 años que se busca sin éxito esta nueva fase del hidrógeno. Como paso previo se publican en Nature indicios de una nueva fase del hidrógeno (fase V) bajo una presión de 325 gigapascales a 300 kelvin. La fase V se ha observado hasta 388 gigapascales a 300 kelvin y hasta 465 kelvin a 350 gigapascales. Esta nueva fase podría ser precursora del hidrógeno metálico sólido predicho hace 80 años.

El artículo es Philip Dalladay-Simpson, Ross T. Howie, Eugene Gregoryanz, «Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals,» Nature 529: 63–67 (07 Jan 2016), doi: 10.1038/nature16164.

Dibujo20160108 Representative Raman spectra of three hydrogen isotopes nature16164-f1

Los primeros indicios de la nueva fase V del hidrógeno se han observado gracias a la espectroscopia Raman tanto en las moléculas H2, HD y D2 (recuerda que D es deuterio). En estas moléculas los átomos de hidrógeno (H o D) están separados por unos 0,74 Å en un enlace que tiene una energía de disociación de unos 4,52 eV a presión y a temperatura ambiente. Wigner y Huntington propusieron hace 80 años que a 25 GPa el hidrógeno molecular se volvería un sólido atómico metálico («On the Possibility of a Metallic Modification of Hydrogen,» J. Chem. Phys. 3: 764 (1935), doi: 10.1063/1.1749590). Hoy sabemos que sus cálculos se quedaron cortos por al menos un orden de magnitud. De hecho, aún no ha sido observada dicha fase del hidrógeno.

La fase IV fue descubierta en 2011 bajo presiones por encima de 230 GPa a 300 K. El nuevo estudio incrementa la presión hasta alcanzar para H2, HD y D2 presiones de 384 ± 15 GPa, 388 ± 15 GPa y 380 ± 15 GPa, respectivamente, a 300 K. El espectro Raman observada apoya que se ha descubierto una nueva fase del hidrógeno, aunque tendrá que ser confirmada por futuros estudios.

Los autores finalizan su artículo con una especulación tentadora: interpretar la fase V como la fase precursora de la fase metálica del hidrógeno atómico (que sería la fase VI). Según las simulaciones ab initio por ordenador, dicha fase aparecerá a entre 380 GPa y 500 GPa (el valor depende de la simulación concreta). Las propiedades de la fase V que la diferencian de la fase IV’ sugieren que con unos 100 GPa adicionales se podría alcanzar la tan deseada fase metálica. Por supuesto, debemos ser cautos con este tipo de especulaciones científicas. No debemos olvidar que podría haber un Premio Nobel de Física en juego.

 



1 Comentario

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 9 enero, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nature • Physics • Science
Etiqueta(s): ,