Une sélection de mesures sur la plage de pression étudiée. une, Des photographies de l'échantillon d'hydrogène prises à différents stades de compression, sous un éclairage intense simultané à l'avant et à l'arrière. L'échantillon d'hydrogène est indiqué par la flèche bleue. Environ 310 GPa, l'échantillon devient réversiblement noir, comme illustré par les photographies prises à 315 GPa pour le chemin de pression croissante et à 300 GPa pour le chemin de pression décroissante. À 427 GPa, l'échantillon est à l'état métallique et se distingue encore du joint en rhénium. L'aspect de couleur rouge au centre de la pointe du diamant est attribué à la diminution de la bande interdite du diamant. b, Spectres de transmission infrarouge à différentes pressions. Les caractéristiques d'absorption intrinsèque associées au vibron et à la fermeture de la bande interdite sont indiquées par les étoiles rouges et le triangle, respectivement. c, Evolution de la pression dans l'hydrogène en fonction de la pression membranaire d'hélium agissant sur le piston du T-DAC, pendant l'augmentation (rouge) et la diminution (bleu) de la pression. Encart, la partie à nombre d'ondes élevé des spectres de diamant Raman collectés à trois pressions. Le nombre d'onde à l'étape utilisée pour calculer la pression est indiqué par un point rouge, et noté dans la clé. Les lignes solides sont des guides pour l'œil. a.u., unités arbitraires. Crédit: La nature (2020). DOI :10.1038/s41586-019-1927-3
Une équipe de chercheurs, deux avec le Commissariat à l'énergie atomique (AEC) et un troisième avec le synchrotron Soleil, ont trouvé des preuves d'un changement de phase pour l'hydrogène à une pression de 425 gigapascals. Dans leur article publié dans la revue La nature , Paul Loubeyre, Florent Occelli et Paul Dumas décrivent des tests d'hydrogène à une pression aussi élevée et ce qu'ils en ont appris.
Les chercheurs ont théorisé depuis longtemps que si l'hydrogène gazeux était exposé à une pression suffisante, il se transformerait en un métal. Mais les théories n'étaient pas en mesure de déterminer la pression requise. Des doutes sur les théories ont commencé à surgir lorsque les scientifiques ont développé des outils capables d'exercer les pressions élevées que l'on croyait nécessaires pour presser l'hydrogène dans un métal. Les théoriciens ont simplement déplacé le nombre plus haut.
Au cours des dernières années, cependant, les théoriciens sont parvenus à un consensus - leurs calculs ont montré que l'hydrogène devrait effectuer une transition à environ 425 gigapascals - mais il n'existait pas de moyen de générer autant de pression. Puis, l'année dernière, une équipe de l'AEC a amélioré la cellule à enclume diamant, qui pendant des années a été utilisé pour créer une pression intense dans les expériences. Dans une cellule à enclume de diamant, deux diamants opposés sont utilisés pour comprimer un échantillon entre des pointes hautement polies - la pression générée est généralement mesurée à l'aide d'un matériau de référence. Avec le nouveau design, appelée cellule à enclume de diamant toroïdale, la pointe a été transformée en une forme de beignet avec un dôme rainuré. Lors de l'utilisation, le dôme se déforme mais ne se rompt pas aux hautes pressions. Avec le nouveau design, les chercheurs ont pu exercer des pressions jusqu'à 600 GPa. Cela laissait toujours le problème de savoir comment tester un échantillon d'hydrogène pendant qu'il était pressé. Les chercheurs ont surmonté ce défi en projetant simplement un faisceau de lumière infrarouge vers le centre de l'appareil, à des températures normales, il peut passer à travers l'hydrogène. Mais s'il devait rencontrer un métal en transition, il serait plutôt bloqué ou reflété.
Les chercheurs ont découvert que les échantillons d'hydrogène comprimés à 425 gigapascals bloquaient toute la lumière infrarouge et visible et présentaient une réflectivité optique, également. Ils suggèrent que leurs résultats indiquent que l'hydrogène devient un solide à 425 gigapascals, mais ils prévoient déjà un autre test pour étayer leurs découvertes. Ils veulent répéter l'expérience pour déterminer si l'échantillon commence à conduire l'électricité à 425 gigapascals.
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