Vědci SLAC vytvořili zlatý hydrid v extrémních laboratorních podmínkách. Práce vrhá světlo na husté procesy vodíku a fúze.
Náhodou a poprvé se mezinárodnímu týmu vědců vedeného vědci na Národní laboratoři SLAC SLAC SLAC SLAC podařilo vytvořit pevný binární zlatý hydrid – sloučeninu složenou výhradně z atomů zlata a vodíku.
Tým se původně rozhodl prozkoumat, jak uhlovodíky, molekuly vyrobené z uhlíku a vodíku, se transformují na diamanty pod extrémním tlakem a teplem. Během experimentů na evropském XFEL (rentgenové laser volného elektronu) v Německu umístili vzorky uhlovodíků s tenkou vrstvou zlaté fólie, určené k absorbování rentgenových paprsků a přenosu tepla do relativně slabě absorbujících uhlovodíky. Neočekávaně spolu s tvorbou diamantu pozorovali vytváření zlatého hydridu.
„Bylo to neočekávané, protože zlato je obvykle chemicky velmi nudné a nereaktivní-proto jej v těchto experimentech používáme jako rentgenový absorbér,“ vysvětlil Mungo Frost, vědec štábu společnosti SLAC a hlavní autor studie. „Tyto výsledky naznačují, že existuje potenciálně mnoho nových chemie, která má být objevena za extrémních podmínek, kdy účinky teploty a tlaku začínají konkurovat konvenční chemii, a můžete tyto exotické sloučeniny vytvořit.“
Zjištění, zveřejněná v Applied Chemistry International EditionUkažte, jak se chemické chování může dramaticky posouvat v extrémním prostředích, jako jsou ty, které se nacházejí hluboko uvnitř planet nebo uvnitř hvězd, které se zaměřují na vodík.
Studium hustého vodíku
K dosažení těchto výsledků vědci komprimovali vzorky uhlovodíků na tlaky přesahující ty, které jsou uvnitř pláště Země pomocí diamantové kovadliny. Poté vystavili vzorky výbuchům rentgenových pulsů z evropského xfelu a zahřívali je nad 3 500 stupňů Fahrenheita. Analýzou, jak rentgenové paprsky rozptýleny ze vzorků, tým sledoval strukturální změny.
Jak se očekávalo, data potvrdila, že atomy uhlíku uspořádaly do diamantové mřížky. Odhalili však také neočekávané signály: atomy vodíku reagovaly se zlatou fólií za vzniku zlatého hydridu.
Za podmínek generovaných v experimentu existoval vodík v hustém „superiorionickém“ stavu, ve kterém atomy vodíku se volně pohybovaly v přísné zlaté mřížce. Toto chování zvýšilo vodivost zlatého hydridu a nabídla nový vhled do chování materiálů při extrémních tlacích a teplotách.
Vodík, který je nejlehčím prvkem periodické tabulky, je složitý studovat s rentgenovou paprsky, protože rozptyluje rentgenové paprsky jen slabě. Zde však superionický vodík interagoval s mnohem těžšími atomy zlata a tým byl schopen pozorovat dopad vodíku na to, jak rentgenové paprsky rozptýlené zlaté mřížky. „Zlatou mříž můžeme použít jako svědek toho, co dělá vodík,“ řekl Mungo.
Zlatý hydrid nabízí způsob, jak studovat hustý atomový vodík za podmínek, které by se mohly vztahovat také na jiné situace, které nejsou experimentálně přímo přístupné. Například hustý vodík tvoří interiéry určitých planet, takže jeho studium v laboratoři by nás mohlo naučit více o těchto zahraničních světech. Mohlo by také poskytnout nové poznatky o procesech jaderných fúzí uvnitř hvězd, jako je naše slunce, a pomoci vyvinout technologii využívat fúzní energii zde na Zemi.
Zkoumání nové chemie
Kromě vydláždění cesty pro studium hustého vodíku nabízí výzkum také cestu pro zkoumání nové chemie. Bylo zjištěno, že zlato, které se běžně považuje za nereaktivní kov, tvoří stabilní hydrid při extrémně vysokém tlaku a teplotě. Ve skutečnosti se zdá, že je stabilní pouze v těchto extrémních podmínkách, jako když se ochladí, zlato a vodík se oddělí. Simulace také ukázaly, že více vodíku by se mohlo hodit do zlaté mřížky při vyšším tlaku.
Simulační rámec lze také rozšířit za zlatý hydrid. „Je důležité, abychom mohli experimentálně produkovat a modelovat tyto státy za těchto extrémních podmínek,“ řekl Siegfried Glenzer, ředitel divize a profesora vysoké hustoty energie foton Věda v SLAC a hlavní vyšetřovatel studie. „Tyto simulační nástroje by mohly být použity pro model dalších vlastností exotického materiálu v extrémních podmínkách.“
Reference: „Syntéza zlatého hydridu při vysokém tlaku a vysoké teplotě“ Mungo Frost, Kilian Abraham, Alexander F. Goncharov, R. Stewart McWilliams, Rachel J. Manžel, Michal Andrzejewski, Karen Baehtz, Konstans, Konstans J. Hartley, Eric J. Glazarin, Heinz Graafsma, Nicolas Jaisle, Zuzana Konôpkova, Torsten Laurus, Yu Lin, Bernhard Massani, Maximilian Schulze, Cornelius Strohm, Minxue Tang, Zena Youne Siegfried H. Glenzer, 4. srpna, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025, 2025. Applied Chemistry International Edition.
Dva: 10.1002/ANIE.202505811
Části této práce byly podporovány úřadem vědy DOE.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
