Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, dưới sự dẫn dắt của các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC (Mỹ), đã tình cờ tổng hợp thành công một hợp chất vàng hydride chưa từng được biết đến. Phát hiện đột phá này mở ra những con đường mới để thấu hiểu hóa học trong điều kiện cực đoan, các môi trường bên trong hành tinh khổng lồ và cả những quá trình phản ứng hạt nhân diễn ra trong lòng các ngôi sao.
Thí nghiệm ban đầu tập trung vào việc nghiên cứu cách các hydrocarbon biến đổi thành kim cương dưới áp suất và nhiệt độ cực cao. Tại cơ sở tia X laser châu Âu (European XFEL) ở Đức, nhóm đã đặt các mẫu hydrocarbon phủ một lớp vàng mỏng. Lớp vàng này đóng vai trò là chất hấp thụ tia X và dẫn nhiệt. Tuy nhiên, ngoài sự hình thành kim cương, các nhà khoa học còn bất ngờ quan sát thấy sự xuất hiện của vàng hydride.
Mungo Frost, một nhà nghiên cứu tại SLAC và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Đó là điều hoàn toàn không ngờ tới vì vàng thường rất 'nhàm chán' về mặt hóa học, gần như không phản ứng. Đó chính là lý do chúng tôi chọn nó làm chất hấp thụ tia X." Để tái tạo các điều kiện khắc nghiệt này, các nhà nghiên cứu đã nén các mẫu hydrocarbon bằng thiết bị đe kim cương, vượt qua áp suất tìm thấy dưới lớp phủ của Trái Đất, và làm nóng chúng lên tới hơn 1.900°C bằng các xung tia X.
Kết quả cho thấy các nguyên tử carbon sắp xếp thành cấu trúc mạng tinh thể kim cương. Quan trọng hơn, dữ liệu cũng hé lộ một tương tác mạnh mẽ hơn: các nguyên tử hydro đã phản ứng với vàng, tạo thành vàng hydride. Dưới những điều kiện này, hydro chuyển sang trạng thái siêu ion, cho phép các nguyên tử hydro di chuyển tự do bên trong mạng lưới vàng rắn chắc. Hiện tượng này không chỉ làm tăng cường tính dẫn điện của vàng hydride mà còn cung cấp những hiểu biết mới về hành vi của vật chất dưới áp suất và nhiệt độ cực cao.
Như Frost giải thích, "Chúng ta có thể sử dụng mạng lưới vàng như một 'nhân chứng' để quan sát những gì hydro đang làm." Tầm quan trọng của khám phá này nằm ở việc nó gợi mở cách chúng ta hiểu về các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc, nơi được cho là chứa hydro rắn trong lõi, cũng như các quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao. Bản thân nguyên tố vàng mà chúng ta biết đến ngày nay cũng được hình thành trong những sự kiện vũ trụ cực đoan, như vụ nổ siêu tân tinh hoặc sự va chạm giữa các sao neutron, cho thấy mối liên kết sâu sắc giữa các điều kiện khắc nghiệt và sự tồn tại của vật chất cơ bản trong vũ trụ.
Khám phá này nhấn mạnh rằng, ngay cả những nguyên tố tưởng chừng trơ như vàng cũng có thể bộc lộ những hành vi hóa học bất ngờ dưới các điều kiện cực đoan. Điều này mở rộng ranh giới kiến thức hóa học, vốn trước đây chỉ có thể dự đoán thông qua lý thuyết. Siegfried Glenzer, Giám đốc Phân ban Mật độ Năng lượng Cao tại SLAC, nhấn mạnh: "Điều quan trọng là chúng ta có thể tạo ra và mô hình hóa các trạng thái này bằng thực nghiệm trong những điều kiện khắc nghiệt này. Những công cụ mô phỏng này có thể được áp dụng để mô hình hóa các tính chất vật liệu kỳ lạ khác."
Phát hiện về vàng hydride, bắt nguồn từ một kết quả thí nghiệm tình cờ ban đầu hướng đến việc tạo kim cương, đã mang lại một cái nhìn sâu sắc về hóa học trong điều kiện khắc nghiệt, những điều trước đây chỉ có thể suy đoán. Nó khẳng định rằng khoa học thường tiến triển thông qua những bất ngờ, hé lộ những khả năng mới và giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các thế giới xa lạ cũng như các "lò phản ứng" tự nhiên trong vũ trụ.