Міжнародна команда дослідників, очолювана фахівцями з Національної прискорювальної лабораторії SLAC у США, здійснила несподіване відкриття, синтезувавши раніше невідому сполуку – гідрид золота. Це досягнення відкриває нові шляхи для вивчення екстремальної хімії, умов всередині газових гігантів та процесів ядерного синтезу в зірках.
Експеримент розпочався з дослідження трансформації вуглеводнів у алмази під дією величезного тиску та високих температур. Під час роботи на потужному рентгенівському лазері European XFEL у Німеччині, команда помістила зразки вуглеводнів, покриті тонкою золотою фольгою, яка мала слугувати лише поглиначем рентгенівських променів та теплопровідником. Однак, на подив вчених, окрім утворення алмазів, було зафіксовано появу гідриду золота.
«Це було абсолютно несподівано, оскільки золото зазвичай є хімічно дуже «нудним» – майже нереагуючим. Саме тому ми обрали його як поглинач рентгенівських променів», – зазначив Манго Фрост, дослідник SLAC та провідний автор дослідження. Публікація у виданні Angewandte Chemie International Edition демонструє, як хімічна поведінка може кардинально змінюватися за екстремальних умов, подібних до тих, що існують у надрах планет та зірок.
Для досягнення таких умов вчені стискали зразки вуглеводнів за допомогою клітки з алмазними ковадлами, перевищуючи тиск, що існує під мантією Землі, та нагрівали їх до понад 1900°C за допомогою рентгенівських імпульсів. Результати були чіткими: атоми вуглецю сформували алмазну ґратку. Важливо, що дані також виявили значно сильнішу взаємодію – атоми водню прореагували із золотом, утворивши гідрид золота. За цих умов водень перейшов у надпровідний стан, дозволяючи атомам водню вільно рухатися в межах жорсткої золотої ґратки.
Це явище не тільки підвищує електропровідність гідриду золота, але й надає нові дані щодо поведінки матерії за екстремального тиску та температури. «Ми можемо використовувати золоту ґратку як «свідка», щоб побачити, що робить водень», – пояснив Фрост. Важливість цього відкриття полягає в його наслідках для розуміння таких планет, як Юпітер, у надрах яких, як вважається, існує твердий водень. Воно також проливає світло на процеси ядерного синтезу в зірках, пропонуючи невелике вікно у вивчення позаземних світів та природних космічних реакторів.
Це відкриття є значним не лише для планетології та енергетичних досліджень, але й для розширення меж хімічних знань. Золото, яке довго вважалося майже інертним, тепер показало здатність утворювати стабільний гідрид, хоча й лише за екстремальних умов тиску та температури. Після охолодження золото та водень розділилися, але симуляції свідчать, що вищі тиски дозволяють інтегрувати більше атомів водню в золоту ґратку. Зігфрід Гленцер, директор відділу науки про високі енергії в SLAC та головний дослідник, прокоментував: «Для нас важливо мати можливість експериментально відтворювати та моделювати ці стани матерії. Ці інструменти моделювання також можуть бути застосовані для вивчення екзотичних властивостей інших матеріалів за екстремальних умов».
Те, що розпочалося як випадковий експериментальний результат, спочатку спрямований на створення алмазів, призвело до значного відкриття гідриду золота. Ця сполука надає можливості для досліджень хімії за екстремальних умов, які раніше можна було лише передбачити теоретично. Дослідження підкреслює, як наука часто прогресує завдяки несподіваним сюрпризам.