ในปี ค.ศ. 1935 เคยมีการทำนายว่าไฮโดรเจนสามารถมีเฟสไฮโดรเจนโลหะ (Metallic Hydrogen) ได้ โดยสองนักฟิสิกส์ Eugene Wigner และ Hillard Bell ในสภาวะดังกล่าวไฮโดรเจนโลหะจะมีสมบัตินำไฟฟ้าได้อย่างยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง!
ในการทำให้ไฮโดรเจนอยู่ในเฟสของแข็งความหนาแน่นสูงจะอาศัยการบีบอัดจากทั่งที่หัวบีบทำจากเพชร (Diamond Anvil Cell : DAC) โดย DAC ทั่วไปจะสร้างความดันได้ในระดับ 100 – 200 GPa หรือมากถึง 700 GPa ความดันดังกล่าวคิดเป็น 25 ล้านเท่าของความดันในชั้นบรรยากาศพื้นผิวโลก
80 ปีต่อมามีความพยายามในการสร้างไฮโดรเจนโลหะอยู่หลายครั้ง หลายการทดลองสร้างข้อกังขาหรือข้อสงสัยอยู่เสมอ เนื่องจากตามทฤษฎี Metallic Hydrogen หลังจากได้รับความดันสูงแล้ว จากนั้นคลายหัว DAC ออกเพื่อลดความดัน จะยังคงสภาวะนั้นได้อยู่ แถมนำไฟฟ้าได้อย่างยิ่งยวดในอุณหภูมิห้อง
สร้าง MetallicHydrogen ไปเพื่ออะไร
ปัจจุบันตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดถูกใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาแพง เช่น ใช้ในการทำให้รถไฟฟ้า Maglev ลอยตัวได้ หรือเครื่อง MRI ในการถ่ายภาพกายวิภาค ล้วนต้องอาศัยการหล่อเย็นในระดับอุณหภูมิประมาณ -140 องศาเซลเซียส เพื่อสร้างสภาวะนำไฟฟ้าอย่างยิ่งยวด จึงทำให้ต้นทุนการผลิตในการใช้งานมีราคาสูง และการสร้างไฮโดรเจนโลหะถือเป็นความหวังอย่างหนึ่งที่จะนำมาใช้เป็นตัวนำยิ่งยวดในอนาคต
ปี 2017 นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Harvard อ้างว่าสามารถสร้างไฮโดรเจนโลหะในห้องทดลองได้ แต่ผลการทดลองมีข้อถกเถียงในเรื่องการตีความข้อมูล ทำให้ขาดความน่าเชื่อถือ
จนกระทั่งงานวิจัยล่าสุดจากความร่วมมือของทีมวิจัย 3 ทีม จากกองทัพบกในฝรั่งเศส คณะกรรมการพลังงานปรมาณู และศูนย์วิจัยซินโครตรอน SOLEIL ได้ต่อยอดการทดลองของทีมวิจัยในปี 2017 โดยการเปลี่ยนรูปทรงหัวทั่ง DAC ที่ทำจากเพชรให้เป็นรูปโดนัท (Toroidal) ช่วยสร้างความดันมากกว่าเดิมในระดับ 400 – 600 GPa
ณ ระดับความดันดังกล่าวไฮโดรเจนเริ่มดูดซับรังสีในย่านอินฟราเรดเกือบทุกความเข้ม และมีอุณหภูมิประมาณ -193 องศาเซลเซียส (หน้าที่ 7 ของอ้างอิงหมายเลข [4]) หรือพูดได้ว่าเกิด Metallic Hydrogen ขึ้น (แต่เนื้อข่าวไม่ได้บอกว่าสามารถคงสถานะได้นานเท่าไหร่ เมื่อลดความดันตามทฤษฎี)
Metallic Hydrogen บนดาวเคราะห์แก๊ส
ดาวเคราะห์แก๊สอย่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงมาก ทั้ง ๆ ที่เป็นดาวเคราะห์แก๊ส ในขณะที่สนามแม่แหล็กของโลกเกิดจากการเคลื่อนตัวของโลหะหลอมเหลวอย่างเหล็กในชั้นแก่นโลก จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าดาวเคราะห์แก๊สดังกล่าวจะมีสนามแม่เหล็กสูงได้ จะต้องมีไฮโดรเจนโลหะอย่างแน่นอน
Sources:
[1] : French scientists claim to have created metallic hydrogen. phys.org, 2019
[2] : Has metallic hydrogen been discovered?. chemistryworld.com, 2019
[3] : Physicists doubt bold report of metallic hydrogen. nature.com, 2019
[4] : Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near
425 GPa. arxiv.org, 2019
