Водород – наиболее часто встречающийся в природе химический элемент; обычное состояние водорода – неэлектропроводный газ, однако, при высоком давлении он может превращаться в полупроводник. Ученые из Вашингтонского Института Карнеги, США открыли соединение водорода, которое может оказаться ключевым для получения его металлической и полупроводниковой форм.

Водород – самый простой из химических элементов – содержит один протон и один нейтрон. Благодаря своей легкости, водород, в соответствии с квантовой теорией, должен иметь значительную энергию даже при охлаждении до очень низких температур. Вот почему водород твердеет только при 14 градусах выше абсолютного нуля.

Водородонасыщенное соединение SiH4(H2)2 может оказаться полезной системой при получении металлического водорода.

Ученые предсказывали, что пелучить металлический водород возможно, однако давление, потребное для такого превращения – где-то порядка 4 миллионов атмосфер – очень велико и превосходит даже давление в центре Земли. Формируя же некоторые соединения водорода с другими элементами, например, кремнием, можно получить достаточно плотные «промежуточные» формы водорода, которые могут быть преобразованы в металл при достаточно разумных давлениях. И действительно, например, SiH4 превращается в металл при давлении, составляющем всего 1/10 от того, что необходимо для создания чистого металлического водорода.

Результаты данных исследований опубликованы в августовских номерах журнала Physical Review Letters и интернет-журнала Physics (cм. например, Novel Pressure-Induced Interactions in Silane-Hydrogen). Ученые провели значительный объем экспериментов при высоком давлении со смесями SiH4 и H2. При уровне давления всего 7,5 Гпа они обнаружили новое соединение – SiH4(H2)2, в котором связи атомов водорода очень слабы, что способствует его превращению в металлическое состояние при более высоком давлении.

Конечной целью настоящих исследований является создание эффективных условий, при которых водород становится металлом и, возможно, полупроводником, при давлении меньшем, чем то, что сегодня требуется для получения чистого твердотельного водорода.

Евгений Биргер