Un equipo de investigadores franceses publicó un artículo en línea en el que afirman haber logrado el santo grial de la ciencia de los materiales de extrema presión: crear hidrógeno metálico en un laboratorio.
Los físicos han sospechado desde la década de 1930 que bajo presiones extremas, los átomos de hidrógeno, los átomos más livianos en la tabla periódica, que contienen un solo protón cada uno en el núcleo, podrían cambiar radicalmente sus propiedades. En circunstancias normales, el hidrógeno no conduce bien la electricidad y tiende a emparejarse con otros átomos de hidrógeno, al igual que el oxígeno. Pero los físicos creen que, sujeto a suficiente presión, el hidrógeno actuará como un metal alcalino, un grupo de elementos, incluidos el litio y el sodio, que cada uno tiene un solo electrón en sus orbitales más externos, que intercambian muy fácilmente. Toda la tabla periódica está organizada en torno a esta idea, con hidrógeno colocado sobre los otros metales alcalinos en la primera columna. Pero el efecto nunca se ha visto de manera concluyente en un laboratorio.
Ahora, en un artículo publicado el 13 de junio en la revista de preimpresión arXiv, un equipo de investigadores dirigido por Paul Loubeyre de la Comisión Francesa de Energía Atómica afirma haberlo logrado. Aplastados entre las puntas de dos diamantes a aproximadamente 4,2 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar (425 gigapascales), dicen que su muestra de hidrógeno demostró propiedades metálicas.
"El hidrógeno metálico es el último hidruro", escribieron los investigadores, refiriéndose a una clase de compuestos a base de hidrógeno con propiedades extraordinarias. "Puede exhibir superconductividad a temperatura ambiente, una transición de fusión a muy baja temperatura a un estado superconductor-superfluido inusual, una alta difusión protónica y un almacenamiento de alta densidad de energía".
En otras palabras, se espera que sea un material que conduzca electricidad indefinidamente a temperatura ambiente, un rasgo cuántico útil, y que almacene energía con mucha facilidad. Normalmente, los superconductores solo superconducen a temperaturas muy bajas.
La búsqueda de hidrógeno metálico durante décadas ha llevado a los investigadores a una gran cantidad de otros materiales que, a presiones algo más bajas, exhiben al menos algunas de estas propiedades. Pero para hacer eso, los investigadores tuvieron que mezclar hidrógeno con otros compuestos de formas complicadas. Los investigadores los llaman superhidruros. Los superhidruros, o el propio hidrógeno metálico, podrían algún día conducir a tecnologías ampliamente mejoradas para el transporte y almacenamiento de energía, entre otros avances, informó anteriormente Live Science
Los científicos planetarios también piensan que el hidrógeno metálico podría acechar en planetas ultrapesados, como Júpiter. Pero comprender cómo funciona todo eso requiere generar algunas de las cosas en la Tierra.
El problema era que el hidrógeno metálico parece formarse a presiones que están más allá de la capacidad de incluso los laboratorios de investigación de alta presión más extremos. El método estándar para generar presión extrema y sostenida en un laboratorio consiste en triturar una pequeña muestra entre las puntas de dos diamantes superduros. Pero como Live Science ha informado anteriormente, más allá de 400 gigapascales, incluso los "dispositivos de células de yunque de diamante" más difíciles comienzan a romperse.
En 2016, un equipo de investigadores afirmó haber creado hidrógeno metálico en un dispositivo de yunque de diamante, pero solo recopiló datos limitados. Y tenían miedo de liberar su muestra del alcance de su celda de yunque de diamante, para que no se dañara. Otros investigadores, incluido Loubeyre, le dijeron a Forbes en ese momento que no estaban convencidos por ese documento, que basó su reclamo de hidrógeno metálico en un solo punto de datos: la reflectividad del material.
Más tarde, los científicos dijeron que habían perdido su muestra después de que se rompió su dispositivo de células de yunque de diamante.
El nuevo estudio basa su afirmación de hacer hidrógeno metálico principalmente en la forma en que la muestra altera los haces de luz infrarroja a medida que el yunque aplica y libera presión. Por un lado, los investigadores repitieron su experimento, ajustando la presión hacia arriba y hacia abajo para hacer que el material haga una "transición" de ida y vuelta de estados aparentemente metálicos a no metálicos. Los autores escribieron que la clave para lograr esas altas presiones era la forma precisa de los diamantes, hechos perfectamente toroidales mediante un proceso llamado emisión de iones enfocados.
Sin embargo, el estudio no ha sido objeto de revisión por pares, y queda por ver cómo reaccionará la comunidad de física de alta presión a esta afirmación.
