Bij 325 gigapascal en 300 K laat waterstof een nog onbekende fase-overgang zien. Waarschijnlijk wordt het nog net geen metaal maar zit het er dicht tegenaan, melden onderzoekers uit Edinburgh in Nature Materials.

Eugene Gregoryanz en collega’s weten nog niet precies hoe de nieuwe fase, die ze fase V hebben gedoopt, er precies uit ziet. Maar eerder onderzoek suggereerde dat fase IV, die begint bij 220 gigapascal, al ergens tussen H₂ en losse H-atomen in zweeft. Tachtig jaar geleden is al theoretisch voorspeld dat op een gegeven moment alle H-H bindingen moeten worden verbroken en de losse atomen zich in een metaalrooster schikken, en mogelijk is fase V daarvan de eerste aanzet.

De experimenten bestonden er uit dat waterstof (H₂), deuterium (D₂) of de mengvorm HD werden samengedrukt tussen twee diamanten, terwijl in situ Ramanspectra werden opgenomen. Als die spectra fors veranderen, is dat een teken dat er ‘iets’ fundamenteels moet zijn gebeurd met de bindingen tussen de atomen.

Tijdens de proeven werden drukken gehaald van meer dan 380 gigapascal, voor waterstof een absuluut record. En dan blijken waterstof en HD zich duidelijk anders te gaan gedragen dan D₂. De eerste twee laten bij 275 GPa een overgang zien naar een fase die bekend staat als IV’, maar bij D2 gebeurt dat pas bij 310 GPa.

Vervolgens zie je bij H₂ en HD voorbij 325 GPa een geleidelijke maar veel ingrijpendere overgang, waarbij het hele spectrum veel vlakker wordt en een paar frequenties helemaal in de ruis verdwijnen. Dat zou kunnen komen doordat een deel van het monster weglekt, maar de onderzoekers denken dat te kunnen uitsluiten. Ze vermoeden eerder een nieuwe fase-overgang. Het zou zomaar kunnen zijn dat de verdwenen signalen samenhangen met de H-H of H-D binding, en dat fase V dus het opsplitsen van moleculen tot losse atomen inhoudt.

Bij D₂ gebeurt bij deze drukken niets bijzonders, en extrapolatie van de eerder waargenomen drukverschillen doet de onderzoekers vermoeden dat fase V bij deuterium pas bij 388 GPa begint. Dat haalden ze met hun diamanten nét niet.

Het wachten is nu op metingen die meer licht werpen op wat fase V werkelijk is.

bron: Nature Materials