Se determina la presión a la que el hidrógeno molécular se metaliza

Actualizado 07/10/2019 11:03:51 CET
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. - EREMETS ET AL.

   MADRID, 7 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Físicos han determinado el rango de presión y proceso al que, según las predicciones teóricas, el hidrógeno debe disociarse y transformarse en un metal atómico.

   En un estudio reciente, los investigadores del Instituto de Química Max Planck demostraron que a una presión de 350-360 GPa y a temperaturas inferiores a 200K, el hidrógeno molecular comienza a ser conductor y se vuelve semimetálico. Su artículo, publicado en Nature Physics, proporciona una nueva visión interesante sobre la transición del hidrógeno a altas presiones, revelando algunas de las propiedades que adquiere.

   "Típicamente, el hidrógeno metálico se considera hidrógeno atómico, un cristal construido a partir de protones después de la disociación de las moléculas", dijo a Phys.org Mikhail Eremets, uno de los investigadores que realizó el estudio. "Sin embargo, el hidrógeno también puede transformarse en un metal en el estado molecular; en este caso, las bandas electrónicas de cristal de hidrógeno molecular se amplían y finalmente se superponen para que la brecha de la banda se cierre, aparezcan electrones y agujeros libres; este es el estado metálico".

   El estado inicial en el que se superponen las bandas electrónicas de cristales moleculares de hidrógeno se conoce como semimetal. En este estado, el metal tiene poca conductividad, ya que el número de portadores es bajo. Sin embargo, si la presión se incrementa aún más, este metal pobremente conductor se convierte en un metal normal y eventualmente en hidrógeno atómico.

   "Nuestro objetivo era encontrar la presión a la que aparece la conductividad eléctrica metálica, y si esto resulta en un metal molecular o atómico", dijo Eremets. "Por lo tanto, realizamos mediciones eléctricas, ya que este es el único método que nos dice directamente si el hidrógeno conduce y si es un metal. Un metal generalmente conduce a las temperaturas más bajas; un semiconductor también puede conducir, pero a temperaturas más bajas, la conductividad disminuye exponencialmente y desaparece ".

   En sus experimentos, los investigadores reunieron mediciones Raman de hasta 480 GPa para identificar los cambios que tienen lugar en el hidrógeno a diferentes presiones. Descubrieron que el hidrógeno comenzó a conducir a presiones superiores a 360 GPa, pero se mantuvo semimetal hasta 440 GPa.

   Para recolectar las mediciones de Raman, los investigadores usaron DAC (conversores analógico a digital) pequeños con diamantes sintéticos. Estos diamantes tienen una luminiscencia extremadamente baja, incluso a presiones de unos 500 GPa. Para las mediciones eléctricas, por otro lado, utilizaron cuatro cables eléctricos pulverizados en yunques de diamante, que se aislaron de la junta metálica mediante una capa aislante.

   En general, las mediciones que recolectaron mostraron que el hidrógeno semimetálico observado en sus experimentos está en estado molecular. Estos hallazgos confirman así su hipótesis de que el hidrógeno se convierte en un metal en su estado molecular.

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