成导电金属所需的压力不同。
金属氢指的是液态或固态氢在超高压下变成的导电体,由于导电是金属的特性,故称为“金属氢”。
成功产生金属氢,不仅意味着这是一种全新的高密度、高储能材料,而且会使整个世界的科学技术发生革命性变化。
金属氢转化为氢分子时,会释放出大量热能,它是一种突破性的火箭燃料。像木星这样的气体巨星的核心就是由金属氢这类物质组成的。不过,金属氢最吸引人的性能是室温超导能力——它允许电流在不损失任何能量的情况下流动。
基于所有这些原因,一项实验如果成功产生了金属氢,那将是轰动科学界的大事件,只要公布金属氢的制造工艺肯定会获得诺贝尔奖。
尽管潜力诱人,但制造出金属氢其过程艰难而曲折。
先说说氢的独特特性。氢是宇宙中最丰富的元素,但同时也是宇宙中最简单的元素。由一个单电子组成的氢,与锂、钠、钾这类碱性金属一同位于元素周期表的第一列,锂、钠、钾这三种元素都以固体形式存在于地球上,且能够导电。
而氢通常以气体形式存在,要想把它变成一种金属,必须让每个氢原子核都紧密地结合在一起,使它们的电子变得“不受位置限制”,也就是说,让它们可以在原子周围自由移动,从而产生导电能力。
要让氢像它在元素周期表中的邻居表现得一样,关键是超低温加超大的压力。
在超低温和极大的压力下,氢分子间的距离将变得很近很近,迫使本来围绕原子核运动的电子变成穿梭在整个高压态氢块中的自由电子。这样的氢块将表现出金属的性质——固态、坚硬、有颜色和具有导电性。
要做到这一点,在地球环境需要近400千兆帕斯卡(GPa)的压力,即大气压的400万倍,相当于一枚小小针头上要承受一架大型喷气式飞机的重量。至少在普通实验室里实现这样大的压力是很有挑战性的。事实上,施加超过100GPa的压力,就很少人能够做到。
由罗西的工程师组成的团队,开始是在被称为“金刚石铁砧”的材料上为氢样品施压。“金刚石铁砧”实际上是一对超锐利的金刚石,它的尖端十分细小,大约只有头发丝直径的四分之一。
虽然很小,但可在这些尖端之间捕获一些氢分子。接下来,他们设法将两个金刚石铁砧推挤到一起,挤压它们中间的这些氢分子。最终,在弄坏了15对金刚石铁砧后,终于设法将