Водород — наиболее распространенный элемент во вселенной. То, как он реагирует на экстремальное давление и температуру, является крайне важным для понимания нами материи и природы богатых водородом планет.

Новая работа, проведенная учеными из университета Карнеги, использующими интенсивное инфракрасное излучение, проливает новый свет на этот фундаментальный материал при экстремальных давлениях и демонстрирует детали удивительной новой формы твердого водорода.

В обычных условиях водород газообразен и состоит из диатомных молекул. Молекулы водорода начинают изменяться с ростом давления. Разные его формы называют фазами, причем у водорода известно наличие трех твердых фаз. Считается, что при высоких давлениях водород даже превращается в металл, а это значит, что он начинает проводить электричество. Такой сверхплотный водород может стать сверхпроводником или супержидкостью, которая никогда не замерзает — совершенно новое и экзотическое состояние вещества.

Результаты новой работы опубликованы в издании Physical Review Letters.

Ученые исследовали структуру, связи и электронные свойства сверхсжатого водорода с помощью интенсивного инфракрасного излучения. В процессе анализа была открыта новая форма, стабильная при давлении, превышающем нормальное атмосферное давление в 2,2 млн раз и при температуре 80 градусов по Фаренгейту, а также при давлении, превышающем атмосферное в 3,4 млн раз и температуре примерно 100 градусов по Фаренгейту ниже нуля.

Эксперименты показали, что в указанных условиях водород принимает форму, которая значительно отличается от любых других известных форм, с двумя типами молекул в структуре. Один тип отличается весьма слабым взаимодействием с соседними молекулами, что необычно для вещества под таким давлением. Другой тип молекул связан с соседними молекулами, формируя удивительно плоские листы.

Измерения также показали, что твердый водород в данных условиях находится на границе между полупроводником, как кремний, и полуметаллом, как графит. Результаты опровергают предыдущие заявления, согласно которым при указанном давлении и температуре водород формирует плотный на атомном уровне металл.