به گزارش سیناپرس، آب خالص فقط در فشارهای بسیار بالا، فراتر از توانایی فعلی ما برای تولید در آزمایشگاه، فلزی شده یا تبدیل به رسانای الکترونیکی می شود. اما، همانطور که محققان برای اولین بار در سال ۲۰۲۱ نشان دادند، تنها فشار بالا نیست که می تواند فلز را در آب خالص القا کند.
با قرار دادن آب خالص در تماس با یک فلز قلیایی و اشتراک گذاری الکترون می توان ذرات باردار با حرکت آزاد را اضافه کرده و آب را فلزی کرد.
رابرت سیدل (Robert Seidel) فیزیکدان هلمهولتز-زنتروم برلین برای مواد و انرژی در آلمان توضیح داد: رسانایی حاصل تنها چند ثانیه طول می کشد، اما گام مهمی در جهت درک این فاز از آب با مطالعه مستقیم آن است. دانشمندان می گویند که شما می توانید انتقال فاز به آب فلزی را با چشم غیر مسلح ببینید!
به گزارش سیناپرس، نتیجه قطره نقره ای سدیم-پتاسیم است که بسیار چشمگیر است. به گفته محققان، تحت فشارهای به اندازه کافی بالا، تقریباً هر ماده ای می تواند از نظر تئوری رسانا شود.
ایده این است که اگر اتم‌ها را به اندازه کافی محکم به هم بفشارید، اوربیتال های الکترون های بیرونی شروع به همپوشانی کرده و به آنها اجازه می دهد به اطراف حرکت کنند. برای آب، این فشار در حدود ۴۸ مگا بار است. در حالی که فشارهای بیش از این در یک محیط آزمایشگاهی ایجاد شده است، چنین آزمایشاتی برای مطالعه آب فلزی نامناسب است.
بنابراین تیمی از محققان به رهبری پاول جونگ ویرت (Pavel Jungwirth) شیمیدان آلی از آکادمی علوم چک به فلزات قلیایی روی آوردند.
ویرت در این باره می گوید: این مواد به راحتی الکترون های بیرونی خود را آزاد می کنند، به این معنی که می توانند خواص اشتراک الکترون آب خالص با فشار بالا را بدون فشار بالا القا کنند. فقط یک مشکل وجود دارد چراکه فلزات قلیایی با آب مایع بسیار واکنش پذیر هستند.
تیم تحقیقاتی راه بسیار خوبی برای حل این مشکل پیدا کردند. چه می شود اگر به جای افزودن فلز به آب، آب به فلز اضافه شود؟ در یک محفظه خلاء، تیم کار را با اکسترود کردن یک حباب کوچک از آلیاژ سدیم-پتاسیم که در دمای اتاق مایع است از یک نازل شروع کردند و با دقت بسیار یک فیلم نازک از آب خالص را با استفاده از رسوب بخار اضافه کردند.
پس از تماس، الکترون ها و کاتیون های فلزی که شامل یون‌های با بار مثبت هستند از آلیاژ به آب سرازیر شدند. این نه تنها به آب درخششی طلایی می بخشد، بلکه آب را به ماده رسانایی تبدیل می کند.
این تحقیق علاوه بر درک بهتر این انتقال فاز در زمین، می تواند امکان مطالعه دقیق شرایط پرفشار شدید درون سیارات بزرگ را نیز فراهم کند. به عنوان مثال، در سیارات یخی منظومه شمسی مانند نپتون و اورانوس، تصور می شود که هیدروژن فلزی مایع جریان داشته باشد و تنها مشتری است که تصور می شود فشار در آن به اندازه ای بالا باشد که آب خالص را فلزی کند.
به گزارش سیناپرس، سیدل در پایان گفت: مطالعه ما نشان می دهد که آب فلزی نه تنها واقعاً می تواند روی زمین تولید شود، بلکه می تواند ویژگی های طیف سنجی مرتبط با درخشش فلزی طلایی و زیبای آن را نیز مشخص می کند.
شرح کامل این تحقیق جذاب و یافته های آن در آخرین شماره مجله تخصصی Nature منتشر شده است.
مترجم: مهنوش فلاحی پناه