Une équipe internationale dirigée par des scientifiques chinois a atteint la première observation mondiale de la structure cristalline complexe de l’hydrogène solide à l’aide de sondes nanométriques à rayons X, révélant l’architecture la plus détaillée de l’hydrogène solide jamais enregistré. Le document de recherche a été publié dans Nature mercredi.
Dans des conditions standard, l’hydrogène existe sous forme de gaz. Aux fortes pressions, il se cristallise en une forme solide, mais son arrangement atomique sous une compression extrême était énigmatique jusqu’à présent.
« À mesure que la pression augmente, la structure cristalline de l’hydrogène devient de plus en plus sophistiquée », a expliqué Ji Cheng, l’auteur principal de l’étude et un chercheur au Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research à Pékin.
Dans l’hydrogène gazeux, les molécules se dispersent au hasard. Lorsqu’elles sont sous pression à 5 GPa, les molécules d’hydrogène s’alignent comme Halma pour former l’hydrogène solide. Aux pressions entre 212-245 GPA, une partie des atomes d’hydrogène s’oppose à des motifs de type nid d’abeille, créant des configurations encore plus complexes, selon Ji.
La nouvelle étude a capturé l’hydrogène dans un état de transition critique entre ses phases solides et métalliques.
L’hydrogène métallique possède une densité d’énergie extraordinaire – deuxième seulement après l’énergie nucléaire. Comprendre l’hydrogène solide est essentiel pour déverrouiller l’hydrogène métallique, a déclaré Ho-Kwang Mao, un physicien à haute pression et académicien étranger de l’Académie chinoise des sciences.
Étant donné que le lauréat du prix Nobel Eugene Wigner a prédit l’existence d’hydrogène métallique sous une compression extrême en 1935, les physiciens ont estimé que sa formation nécessite des pressions approchant 500 GPa, ce qui équivaut à la force exercée par un jumbo à jet équilibré à la pointe d’une aiguille, a déclaré Mao.
L’équipe a surmonté des défis techniques extraordinaires en utilisant la technologie des cellules de diamant Anvil. « Nous avons comprimé des molécules d’hydrogène entre deux pointes de diamants ultra-sharp. Les rayons X de haute lutte à haute épreuve ont pénétré les diamants pour interagir avec l’hydrogène comprimé, nous permettant efficacement de photographier son arrangement atomique », a déclaré Ji.
Les études de structure cristalline sont la pierre angulaire de la recherche métallique sur l’hydrogène, dont les propriétés exotiques sont dérivées de configurations atomiques uniques, a noté Mao. Ce travail fournit des informations critiques sur la voie de formation et les mécanismes de l’hydrogène métallique, a-t-il ajouté.
