Une équipe de chercheurs français a publié en ligne un article dans lequel ils affirment avoir atteint le Saint Graal de la science des matériaux d'extrême pression: la création d'hydrogène métallique dans un laboratoire.
Les physiciens soupçonnent depuis les années 1930 que sous des pressions extrêmes, les atomes d'hydrogène - les atomes les plus légers du tableau périodique, contenant un seul proton chacun dans les noyaux - pourraient radicalement changer leurs propriétés. Dans des circonstances normales, l'hydrogène ne conduit pas bien l'électricité et a tendance à se coupler avec d'autres atomes d'hydrogène - tout comme l'oxygène. Mais les physiciens pensent que, sous une pression suffisante, l'hydrogène agira comme un métal alcalin - un groupe d'éléments, y compris le lithium et le sodium, qui ont chacun un électron unique dans leurs orbitales les plus externes, qu'ils échangent très facilement. Tout le tableau périodique est organisé autour de cette idée, l'hydrogène étant placé au-dessus des autres métaux alcalins dans la première colonne. Mais l'effet n'a jamais été constaté de manière concluante dans un laboratoire.
Maintenant, dans un article publié le 13 juin dans le journal de préimpression arXiv, une équipe de chercheurs dirigée par Paul Loubeyre de la Commission française de l'énergie atomique prétend l'avoir réussi. Écrasés entre les pointes de deux diamants à environ 4,2 millions de fois la pression atmosphérique de la Terre au niveau de la mer (425 gigapascals), ils disent que leur échantillon d'hydrogène a démontré des propriétés métalliques.
"L'hydrogène métallique est l'hydrure ultime", ont écrit les chercheurs, faisant référence à une classe de composés à base d'hydrogène aux propriétés extraordinaires. "Il peut présenter une supraconductivité à température ambiante, une transition de fusion à très basse température dans un état supraconducteur-superfluide inhabituel, une diffusion protonique élevée et un stockage à haute densité d'énergie."
En d'autres termes, il devrait être un matériau qui conduit l'électricité indéfiniment à température ambiante - un trait quantique utile - et stocke l'énergie très facilement. Normalement, les supraconducteurs ne supraconducteurs qu'à très basse température.
La chasse à l'hydrogène métallique qui a duré des décennies a conduit les chercheurs à une foule d'autres matériaux qui, à des pressions quelque peu inférieures, présentent au moins certaines de ces propriétés. Mais pour ce faire, les chercheurs ont dû mélanger l'hydrogène avec d'autres composés de manière compliquée. Les chercheurs les appellent super-hydrures. Les superhydrures, ou l'hydrogène métallique lui-même, pourraient un jour conduire à des technologies considérablement améliorées pour le transport et le stockage de l'énergie, entre autres avancées, a rapporté Live Science précédemment.
Les scientifiques planétaires pensent également que l'hydrogène métallique pourrait se cacher dans des planètes ultra-lourdes, comme Jupiter. Mais pour comprendre comment tout cela fonctionnait, il fallait générer certaines choses sur Terre.
Le problème était que l'hydrogène métallique semble se former à des pressions qui dépassent la capacité même des laboratoires de recherche à haute pression les plus extrêmes. La méthode standard pour générer une pression extrême et soutenue dans un laboratoire consiste à écraser un minuscule échantillon entre les pointes de deux diamants super durs. Mais comme Live Science l'a déjà signalé, au-delà de 400 gigapascals, même les "dispositifs à enclume de diamant" les plus durs commencent à se briser.
En 2016, une équipe de chercheurs a affirmé avoir créé de l'hydrogène métallique dans une enclume à diamant, mais n'a collecté que des données limitées. Et ils avaient peur de libérer leur échantillon de la prise de leur cellule à enclume de diamant, de peur qu'elle ne soit endommagée. D'autres chercheurs, dont Loubeyre, ont déclaré à Forbes à l'époque qu'ils n'étaient pas convaincus par ce papier - qui fondait sa revendication d'hydrogène métallique sur un seul point de données: la réflectivité du matériau.
Plus tard, les scientifiques ont déclaré qu'ils avaient perdu leur échantillon après la rupture de leur dispositif à enclume de diamant.
La nouvelle étude fonde sa revendication de faire de l'hydrogène métallique principalement sur la façon dont l'échantillon modifie les faisceaux de lumière infrarouge lorsque l'enclume s'applique et relâche la pression. D'une part, les chercheurs ont répété leur expérience, en ajustant la pression de haut en bas pour faire «passer» le matériau d'avant en arrière d'états apparemment métalliques à des états non métalliques. La clé pour atteindre ces hautes pressions, ont écrit les auteurs, était la forme précise des diamants - rendus parfaitement toroïdaux par un processus appelé faisceau ionique focalisé.
Cependant, l'étude n'a pas fait l'objet d'un examen par les pairs, et il reste à voir comment la plus grande communauté de physique des hautes pressions va réagir à cette affirmation.
