Liệu chúng ta sẽ có những công trình xây dựng trong tương lai làm từ hợp kim Hydro?

Các nhà vật lý tại đại học Edinburgh (Scotland) đã bước đầu tìm ra phương thức điều chế dạng kim loại của nguyên tử Hydro – vốn chỉ tồn tại ở dạng khí trong điều kiện thường. Điều này hứa hẹn có thể sẽ thay bổ toàn bộ lịch sử của ngành nghiên cứu vật liệu cũng như thế giới khoa học khi mà Hydro được luôn được đánh giá là nguyên tố đơn giản nhất nhưng lại ổn định và các liên kết bền chặt nhất.

Cụ thể, bằng cách nén các phân tử khí Hydro với áp suất cao gấp 3 triệu lần áp suất khí quyển của Trái Đất, các nhà khoa học đã đưa Hydro về trạng thái đặc biệt được biết đến cái tên Phase V – vốn chưa bao giờ có thể chứng minh được là nó có tồn tại. Lý thuyết về trạng thái đặc biệt này của Hydro đã xuất hiện từ năm 1935 nhưng các nhà khoa học lúc đó đã không thể tạo ra bước đột phá này, họ chỉ dự đoán “kim loại” này có khả năng dẫn điện cực tốt và tồn tại nhiều trên Sao Mộc cũng như Sao Thổ.

Các nhà khoa học đã dùng áp suất cực lớn để nén Hydro về dạng kim loại.

Người đứng đầu đội ngũ nghiên cứu, giáo sư Eugene Gregoryanz, cho biết: “Lý thuyết về việc sử dụng áp suất cực lớn để nén Hydro về dạng kim loại đã xuất hiện từ 30 năm trước nhưng gần như tất cả các phương pháp thực hiện đều bị giới khoa họ bác bỏ. Nghiên cứu mới của chúng đã bước đầu phần nào chứng minh được điều này cho dù điều kiện áp suất lớn hơn những gì chúng tôi ước tính rất nhiều. Kết quả này rất có thể sẽ thay đổi cả thế giới”.

Nhóm của giáo sư Gregoryanz đã nén các phân tử Hydro dạng khí với một áp suất lên tới 380 GigaPascal lên một cái đe – vật dụng quen thuộc trong những lò rèn – làm từ kim cương. Để dễ hình dung, áp lực 1 GigaPascal tương đương với 10.000 lần áp suất khí quyển của Trái Đất. Đây cũng là áp suất nhân tạo lớn nhất từ trước đến nay các nhà khoa học có thể tạo ra.

Điều kiện thí nghiệm như vậy đã hình thành một liên kết hóa học giữa các phân tử Hydro và tạo thành một dạng vật chất mới. Giáo sư Eugene Gregoryanz lý giải rằng, tại điều kiện áp suất như vậy thì các phân tử khí bắt đầu có những biểu hiện khác lạ như việc chúng tách ra thành các nguyên tử đơn lẻ và các electron cũng không hoạt động như trạng thái khí nữa mà chúng sẽ giống như các electron trong mạng lưới nguyên tử kim loại.

Hydro là nguyên tố đơn giản nhất nhưng lại ổn định và các liên kết bền chặt nhất.

Ông cũng giải thích thêm rằng, trong điều kiện thông thường thì các nguyên tử Hydro sẽ dính với nhau theo đôi một dưa trên cơ sở sử dụng cặp electron dùng chung, liên kết này sẽ xác định đặc tính của phân tử tạo thành sẽ là đặc tính của chất khí. Khi các nguyên tử này tách ra dưới áp lực cực lớn, chúng sẽ có xu hướng liên kết với nhau thành một mạng lưới cố định – đó là tính chất của các nguyên tử nguyên tố kim loại.

Mặc dù được nhiều người đánh giá là đã đạt được thành công mang tính lịch sử, nhưng giáo sư Eugene Gregoryanz khẳng định ông và các đồng nghiệp mới chỉ “chạm được tới bề nổi của tảng băng” khi trạng thái mới này của Hydro không bền vì đó mới chỉ là giai đoạn đầu. Thậm chí, chiếc đe kim cương cũng đã bị phá hủy sau thí nghiệm này nên các nhà khoa học lại phải đau đầu tìm một vật liệu đáng tin cậy hơn thế và dễ sản xuất hơn. Thực tế, một nghiên cứu của các nhà khoa học Đức từ năm 2012 đã tìm thấy dấu vết dạng kim loại của Hydro nhưng thí nghiệm chứng minh lúc đó đã “thất bại một cách khó có thể chấp nhận”.