Une illustration de Ar(H2)2 dans la cellule à enclume de diamant. Les flèches représentent différentes façons dont les outils spectroscopiques étudient l'effet des pressions extrêmes sur la structure cristalline et la structure moléculaire du composé. (Pour les connaisseurs, la flèche rouge représente la spectroscopie Raman, la flèche noire représente la diffraction des rayons X synchrotron, et la flèche grise représente la spectroscopie d'absorption optique.) Crédit :Cheng Ji.
L'hydrogène est à la fois l'élément le plus simple et le plus abondant de l'univers, l'étudier peut donc enseigner aux scientifiques l'essence de la matière. Et pourtant, il reste encore de nombreux secrets de l'hydrogène à percer, y compris la meilleure façon de le forcer dans un supraconducteur, état métallique sans résistance électrique.
"Bien que théoriquement idéal pour le transfert ou le stockage d'énergie, l'hydrogène métallique est extrêmement difficile à produire expérimentalement, " dit Ho-kwang " Dave " Mao, qui a dirigé une équipe de physiciens dans la recherche de l'effet du gaz rare argon sur l'hydrogène sous pression.
Il a longtemps été proposé que l'introduction d'impuretés dans un échantillon d'hydrogène moléculaire, H2, pourrait aider à faciliter la transition vers un état métallique. Mao et son équipe ont donc entrepris d'étudier les interactions intermoléculaires de l'hydrogène faiblement lié, ou "dopé, " avec de l'argon, Ar(H2)2, sous des pressions extrêmes. L'idée est que l'impureté pourrait changer la nature des liaisons entre les molécules d'hydrogène, réduire la pression nécessaire pour induire la transition non-métal-métal. Des recherches antérieures avaient indiqué que l'Ar(H2)2 pourrait être un bon candidat.
Étonnamment, ils ont découvert que l'ajout d'argon ne facilitait pas les changements moléculaires nécessaires pour initier un état métallique dans l'hydrogène. Leurs conclusions sont publiées par le Actes de l'Académie nationale des sciences .
L'équipe a amené l'hydrogène dopé à l'argon jusqu'à 3,5 millions de fois la pression atmosphérique normale - ou 358 gigapascals - à l'intérieur d'une cellule à enclume de diamant et a observé ses changements structurels à l'aide d'outils spectroscopiques avancés.
Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'hydrogène restait sous sa forme moléculaire même jusqu'aux pressions les plus élevées, indiquant que l'argon n'est pas le facilitateur que beaucoup espéraient qu'il serait.
"Contre les prédictions, l'ajout d'argon n'a pas créé une sorte de « pression chimique » sur l'hydrogène, rapprocher ses molécules. Plutôt, ça a eu l'effet inverse, ", a déclaré l'auteur principal Cheng Ji.
