Trong một bước đột phá thú vị, các nhà khoa học Trung Quốc đã chụp được hình ảnh chi tiết nhất từ trước đến nay về cấu trúc tinh thể của hydro rắn bằng đầu dò tia X nanoscale tiên tiến. Được công bố trên Nature, nghiên cứu cho thấy cách hydro chuyển từ dạng khí sang trạng thái rắn được sắp xếp tinh vi khi chịu áp suất cực cao.
Dưới điều kiện thường ngày, hydro tồn tại dưới dạng khí. Tuy nhiên, khi bị nén, các nguyên tử bắt đầu sắp xếp theo những cách đáng ngạc nhiên. Nhà nghiên cứu chính Ji Cheng từ Trung tâm Nghiên cứu Tiên tiến Khoa học và Công nghệ Áp suất Cao tại Bắc Kinh giải thích rằng khi áp suất tăng lên, cấu trúc tinh thể của hydro trở nên ngày càng phức tạp. Ở khoảng 5 GPa, các phân tử hydro sắp xếp trật tự, giống như các quân cờ trên một bàn cờ. Khi áp suất đạt từ 212 đến 245 GPa, một số nguyên tử tạo thành những mẫu hình tổ ong ấn tượng, tiết lộ một mức độ phức tạp cấu trúc hoàn toàn mới.
Nghiên cứu cũng đã ghi lại trạng thái quan trọng của hydro giữa pha rắn và pha kim loại của nó. Hydro kim loại nổi tiếng với mật độ năng lượng phi thường—chỉ đứng sau năng lượng hạt nhân. Nhà vật lý áp suất cao Ho-kwang Mao từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc lưu ý rằng việc hiểu hydro rắn là điều cần thiết để mở ra những hiểu biết về dạng kim loại của nó, một mục tiêu từng được dự đoán bởi người đoạt giải Nobel Eugene Wigner vào năm 1935. Việc đạt được áp suất cần thiết, được ước tính vào khoảng 500 GPa, từ lâu đã được so sánh với thách thức cân một máy bay jumbo trên đầu một chiếc kim.
Để đáp ứng những thách thức kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ tế bào đe kim cương bằng cách nén các phân tử hydro giữa các đầu kim cương siêu sắc nhọn. Tia X có độ sáng cao sau đó xuyên qua kim cương để làm lộ cách sắp xếp của các nguyên tử. Đột phá này không chỉ làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về hydro trong điều kiện cực độ mà còn mở đường cho việc khám phá các vật liệu năng lượng cao trong tương lai.
