È stato osservato l’idrogeno metallico, un nuovo materiale che avrebbe un fortissimo impatto sulla tecnologia

Un trio di ricercatori afferma che comprimendo l’idrogeno fino a portarlo a pressioni estreme, questo si trasforma in un metallo: l’Idrogeno metallico.

Rappresentazine artistica dell’idrogeno metallico liquido – (https://www.chemistryworld.com/news/metallic-hydrogen-claim-faces-fiery-scrutiny/2500300.article)

Nell’idrogeno metallico liquido i protoni non sono organizzati in un reticolo cristallino, ma in un sistema liquido di protoni ed elettroni. Gli elettroni sono liberi e si comportano come se fossero in un materiale metallico conduttore.

Lo studio verrà sottoposto a un’attenta revisione, tra scettici e ottimisti

Secondo lo studio, pubblicato su arXiv.org, l’idrogeno metallico è apparso ad una pressione superiore di 4 milioni di volte rispetto alla pressione atmosferica terrestre. Se confermato, questo risultato potrebbe risolvere la lunga ricerca per produrre questo metallo esclusivo, la cui esistenza è stata prevista nel 1930. Il lavoro andrà incontro ad una revisione da parte dei fisici. In ogni caso è stato definito dal fisico Alexander Goncharov del Carnegie Institution for Science di Washington, D.C. come un “considerevole passo avanti” delle ricerche precedenti, “Penso che sia una prova schiacciante, è un metallo.” Altri ricercatori sono più scettici. Il fisico Eugene Gregoryanz dell’Università di Edinburgo commenta invece dicendo di non trovare convincente l’esperimento e nota che molti esperimenti simili in passato si rivelarono sbagliati alla fine di un’attenta revisione. Il fisico Isaac Silvera dell’Università di Harvard afferma che più aspetti del risultato sono in disaccordo con le misurazioni, precedentemente pubblicate, sull’idrogeno ad alte pressioni. Nel 2017, lui e i suoi colleghi affermarono di aver osservato la transizione da idrogeno a idrogeno metallico. Quest’affermazione fu criticata dagli altri scienziati, compreso Gregoryanz. Il fisico Paul Loubeyre della French Alternative Energies and Atomic Energy Commission in Arpajon, un coautore del nuovo studio, non ha risposto alle richieste di commentare questo presunto risultato.

Perché l’idrogeno metallico è interessante

L’idrogeno metallico è particolarmente “attraente” per i fisici, innanzitutto per la previsione teorica che esso possa comportarsi come un metallo superconduttore, ovvero un materiale che permette alla corrente elettrica di fluire su di esso, senza incontrare resistenza. Ma a differenza degli altri superconduttori conosciuti, i quali devono essere raffreddati fino a temperature molto basse, l’idrogeno metallico, in base alle previsioni, si comporterebbe come un superconduttore ma a temperatura ambiente (non serve spendere energia per raffreddarlo). L’obiettivo per gli scienziati è trovare un superconduttore che non richieda di essere sottoposto a raffreddamento o pressurizzazione per funzionare (entrambi processi che richiedono una notevole spesa di energia).

Se materiali del genere venissero osservati, potrebbero essere integrati in circuiti elettronici riuscendo a salvare una vastissima quantità di energia.

Un magnete che levita sopra un superconduttore – (https://physicsworld.com/a/temperatures-rising/)

La procedura sperimentale

Per sintetizzare questo particolare metallo, Loubeyre e i suoi colleghi hanno compresso, portandolo ad una pressione di oltre 4.000.000 di volte superiore rispetto alla pressione atmosferica terrestre, un campione gassoso di idrogeno, contenuto tra due diamanti, che potessero assicurare la resistenza a tale pressione enorme. Un migliorato assetto sperimentale, con i due diamanti incisi con un profilo a forma di ciambella, ha permesso ai ricercatori di raggiungere pressioni più alte rispetto agli esperimenti precedenti.

Cella tra i due diamanti in cui è contenuto l’idrogeno ad altissima pressione – (https://www.chemistryworld.com/news/has-metallic-hydrogen-been-discovered/2500516.article)

Utilizzando una potente sorgente di luce, chiamata luce di sincrotrone, il team ha inviato della luce infrarossa attraverso i diamanti che tenevano sotto pressione il gas di idrogeno. Quando è stata raggiunta una pressione sufficiente l’idrogeno è divenuto repentinamente opaco alla luce, segnale di una transizione allo stato metallico. “È il miglior dato sperimentale sull’idrogeno in questo regime di pressioni”, commenta il fisico Russell Hemley dell’Università dell’Illinois a Chicago. Il comportamento dell’idrogeno ad alte temperature è complesso, e assume una varietà di fasi differenti, in base alle condizioni in cui le molecole e gli atomi si riarrangiano a seguito della compressione. Ad esempio vi potrebbero essere delle fasi semimetalliche oltre che metalliche. Tuttavia non risulta chiaro quali siano le proprietà di questi presunti metalli, ad esempio se sono capaci di condurre elettricità in regime di superconduttività.

In ogni caso il nuovo risultato ottenuto sperimentalmente aggiunge delle complessità alle caratteristiche dell’idrogeno che gli scienziati hanno già scoperto, Hemley afferma: “è parte di questa storia di sviluppo riguardo la natura dell’idrogeno ad alte pressioni”.

Implicazioni al livello tecnologico

Se si sintetizzasse un materiale metallico che si comporti da superconduttore a temperatura ambiente, si riuscirebbe a trasportare energia con una dissipazione minima e senza la spesa necessaria per raffreddare il metallo, si potrebbero costruire chip estremamente performanti che permetterebbero sia agli apparati sperimentali utilizzati nei laboratori, sia alla tecnologia di cui tutti usufruiscono ogni giorno, di evolversi notevolmente. Inoltre riuscire in tale impresa servendosi dell’Idrogeno, l’elemento più abbondante dell’universo, aprirebbe senz’altro una nuova strada alla ricerca.

Filippo Ruberto

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