Sous des conditions normales, l'eau pure est un isolant presque parfait. L'eau ne développe des propriétés métalliques que sous une pression extrême, tel qu'il existe au plus profond des grandes planètes. Maintenant, une collaboration internationale a utilisé une approche complètement différente pour produire de l'eau métallique et documenté la transition de phase à BESSY II. L'étude est maintenant publiée dans La nature .

Chaque enfant sait que l'eau conduit l'électricité, mais il s'agit de l'eau courante « normale » qui contient des sels. Pur, eau distillée, d'autre part, est un isolant presque parfait. Il se compose de H 2 O molécules qui sont faiblement liées les unes aux autres par des liaisons hydrogène. Les électrons de valence restent liés et ne sont pas mobiles. Pour créer une bande de conduction avec des électrons en mouvement libre, l'eau devrait être pressurisée à un point tel que les orbitales des électrons externes se chevauchent. Cependant, un calcul montre que cette pression n'est présente qu'au cœur des grosses planètes comme Jupiter.

Fournir des électrons

Une collaboration internationale de 15 scientifiques de onze instituts de recherche a maintenant utilisé une approche complètement différente pour produire pour la première fois une solution aqueuse aux propriétés métalliques et a documenté cette transition de phase à BESSY II. Pour faire ça, ils ont expérimenté avec des métaux alcalins, qui libèrent très facilement leur électron externe.

Éviter l'explosion

Cependant, la chimie entre les métaux alcalins et l'eau est connue pour être explosive. Le sodium ou d'autres métaux alcalins commencent immédiatement à brûler dans l'eau. Mais l'équipe a trouvé un moyen de contrôler cette chimie violente :ils n'ont pas jeté un morceau de métal alcalin dans l'eau, mais ils l'ont fait à l'envers :ils ont mis un tout petit peu d'eau sur une goutte d'alcali, un alliage sodium-potassium (Na-K), qui est liquide à température ambiante.

Expérience à BESSY II

Chez BESSY II, ils ont mis en place l'expérience dans le SOL ³ Chambre d'échantillonnage à vide poussé PES sur la ligne de lumière U49/2. La chambre d'échantillonnage contient une fine buse d'où s'égoutte l'alliage Na-K liquide. La gouttelette d'argent grandit pendant environ 10 secondes jusqu'à ce qu'elle se détache de la buse. Au fur et à mesure que la goutte grandit, une partie de la vapeur d'eau s'écoule dans la chambre d'échantillonnage et forme une peau extrêmement fine à la surface de la gouttelette, seulement quelques couches de molécules d'eau. Cela provoque presque immédiatement la dissolution des électrons ainsi que des cations métalliques de l'alliage alcalin dans l'eau. Les électrons libérés dans l'eau se comportent comme des électrons libres dans une bande de conduction.

Peau d'eau dorée

"Vous pouvez voir la transition de phase vers l'eau métallique à l'œil nu ! La gouttelette de sodium-potassium argentée se couvre d'une lueur dorée, ce qui est très impressionnant, " rapporte le Dr Robert Seidel, qui a supervisé les expérimentations à BESSY II. La fine couche d'eau métallique dorée reste visible pendant quelques secondes. Cela a permis à l'équipe dirigée par le professeur Pavel Jungwirth, Académie tchèque des sciences, Prague, prouver par des analyses spectroscopiques à BESSY II et à l'IOCB à Prague qu'il s'agit bien d'eau à l'état métallique.

Empreintes digitales de la phase métallique

Les deux empreintes déterminantes d'une phase métallique sont la fréquence plasmon et la bande de conduction. Les groupes ont pu déterminer ces deux quantités à l'aide de la spectroscopie de réflexion optique et de la spectroscopie photoélectronique à rayons X synchrotron :la "peau d'eau" métallique est d'environ 2,7 eV (c'est-à-dire dans la gamme bleue de la lumière visible), la bande de conduction a une largeur d'environ 1,1 eV avec un bord de Fermi pointu. "Notre étude montre non seulement que de l'eau métallique peut en effet être produite sur Terre, mais caractérise également les propriétés spectroscopiques associées à son bel éclat métallique doré, " dit Seidel.