Evidencia de una nueva fase de hidrógeno denso por encima de 325 gigapascales

Área de la Ciencia:

• Física de altas presiones
• Ciencias de los materiales
• Química cuántica

Sus antecedentes:

• La predicción teórica del hidrógeno atómico y metálico bajo compresión data de hace 80 años.
• Lograr este estado ha sido un gran desafío en la investigación de alta presión durante tres décadas.
• Comprender el comportamiento del hidrógeno a presiones extremas es crucial para la física de la materia condensada.

Objetivo del estudio:

• Identificar experimentalmente nuevas fases de hidrógeno y deuteruro de hidrógeno bajo compresión extrema.
• Caracterizar las propiedades físicas del hidrógeno a presiones superiores a 325 gigapascales.
• Investigar los efectos isotópicos en las transiciones de fase de hidrógeno.

Principales métodos:

• Se empleó la espectroscopia Raman in situ de alta presión para estudiar el hidrógeno y sus isótopos.
• Los experimentos se llevaron a cabo a presiones de hasta 388 GPa y temperaturas de hasta 465 K.
• Las transiciones de fase se identificaron por cambios en la actividad vibratoria de Raman y las frecuencias de excitación.

Principales resultados:

• Se observó una nueva fase, designada fase V, en H2 y HD por encima de 325 GPa a 300 K.
• La fase V se caracteriza por una actividad de Raman debilitada, una dependencia alterada de la presión de la frecuencia vibratoria y la pérdida de excitaciones de baja frecuencia.
• La fase V no se observó en D2, que en su lugar se transformó en fase IV' por encima de 310 GPa a 300 K, lo que indica efectos isotópicos significativos.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera evidencia experimental para la fase V de hidrógeno y deuteruro de hidrógeno.
• Los hallazgos limitan las condiciones de presión-temperatura para la fase V y ponen de relieve cambios isotópicos significativos.
• La fase V se propone como un precursor potencial del estado atómico y metálico del hidrógeno, que se predijo desde hace mucho tiempo.