SODIAMU NA HIDROJENI, KIPITISHI-KAMILI KWENYE KARATASI

Kipitishi-kamili (superconductor) hupitisha mkondo wa umeme bila ukinzani wowote, chini ya halijoto kikomo, Tc. Kwa maada zenye hidrojeni nyingi, namba za rekodi ni za kustaajabisha: H₃S na LaH₁₀ hupitisha kikamilifu juu ya kelvini 200. Lakini hufanya hivyo tu zikibanwa kwa takriban megabari moja, karibu mara milioni moja ya shinikizo la angahewa. Changamoto ni kupata utendaji uleule kwa shinikizo la chini zaidi.

Hidrojeni husaidia kwa sababu ni nyepesi: atomi zake hutetemeka kwa masafa ya juu sana, na mitetemo hii inaweza kuziunganisha elektroni katika jozi zinazobeba mkondo-kamili. Katika haidraidi nyingi bora, hidrojeni haifanyi tena molekuli za H₂. Michanganyiko ambamo hidrojeni hubaki ikiwa jozi kwa muda mrefu imechukuliwa kuwa wagombea dhaifu, kwa sababu kifungo imara ndani ya kila jozi huzivuta elektroni zake nje ya mchezo.

Mchanganyiko uliopatikana kwa kutafuta

Tianran Chen, wa Chuo Kikuu cha Tennessee, na Taner Yildirim, wa Kituo cha Utafiti wa Nyutroni cha NIST, walikuwa tayari wameitambua sodiamu heksahaidraidi, NaH6, katika utafutaji wa kompyuta wa zaidi ya miundo 100,000 yenye hidrojeni nyingi. Utafiti mwingine huru pia ulikuwa umetabiri Tc ya juu kwa ajili yake. Hapa waliichunguza kwa kina — kwa makokotoo pekee:

algorithimu ya kimageuko kutafuta mipangilio bora zaidi ya fuwele katika kila shinikizo;
makokotoo ya kimekaniki ya kwanta ya elektroni, mitetemo ya atomi na muunganiko wao, yanayotoa Tc kupitia fomula ya kawaida;
mienendo ya molekuli (molecular dynamics) katika kelvini 300, kuhakikisha kwamba miundo hubaki imara atomi zinapotikisika.

Hakuna sampuli iliyotengenezwa wala kupimwa.

Fuwele mbili, tabia mbili

Makokotoo yanafichua mandhari yenye msongamano: katika gigapaskali 50, miundo 15 tofauti ni thabiti, mingi yao ikiwa ndugu wa karibu wa maumbo makuu mawili. Katika yote mawili, hidrojeni hukaa katika jozi zilizonyooshwa kidogo.

Umbo la mchemraba linatabiriwa kupitisha kikamilifu hadi kelvini 230 katika gigapaskali 50 — takriban −43 °C kwa nusu megabari — na bado kelvini 215 katika gigapaskali 200.
Umbo la rombohedra hubaki thabiti hadi chini kwenye gigapaskali 10, ambapo Tc yake inayotabiriwa ni kelvini 34. Ukilibana, Tc hupanda haraka: kelvini 99 katika gigapaskali 50, 157 katika 90, takriban kelvini 1.6 kwa kila gigapaskali.

Kuna kikwazo ambacho waandishi wanakieleza waziwazi. Katika gigapaskali 50, umbo la mchemraba la kelvini 230 si mpangilio thabiti zaidi: liko juu kidogo ya nishati inayohitajika kuvunjika kuwa haidraidi ya sodiamu rahisi zaidi na hidrojeni. Huwa thabiti dhidi ya kuvunjika huko tu juu ya gigapaskali 60, na maumbo hayo mawili hubadilishana nafasi karibu na gigapaskali 114. Katika mienendo ya molekuli katika kelvini 300, umbo la mchemraba hubaki kamili — kwa sehemu chache za trilioni za sekunde.

Hidrojeni ya jozi inayosaidia

Ugunduzi usio wa kawaida zaidi ni utaratibu wenyewe. Jozi hazizuii upitishaji-kamili. Kila mtetemo unaoungana kwa nguvu na elektroni ni ule ambao ungeonekana katika spektroskopia ya Raman, mbinu ya kawaida ya maabara; mingine karibu haiungani kabisa. Walipokagua haidraidi nyingine 102 katika gigapaskali 200, waandishi walipata mtindo uleule: mitetemo inayoonekana kwa Raman huungana kwa nguvu takriban mara 40 zaidi kwa wastani kuliko mingine.

Katika umbo la rombohedra, shinikizo huzilaza jozi za hidrojeni, kutoka nyuzi 4 katika gigapaskali 10 hadi nyuzi 21 katika 90. Zinapolala, mitetemo muhimu huungana kwa nguvu zaidi — sambamba na Tc inayopanda, huku muundo wa kielektroniki ukibadilika kidogo sana. Modeli rahisi ya kijiometri inaendana na mwelekeo huu, ingawa waandishi wanasisitiza kuwa ni tafsiri, si uthibitisho.

Kutoka skrini hadi maabara

Haya ni utabiri. Halijoto zilizokokotolewa hutegemea kigezo cha kawaida lakini kinachoweza kurekebishwa, na gigapaskali 50 bado ni takriban angahewa nusu milioni. Ikithibitishwa, NaH6 ingeonyesha kwamba mwelekeo wa jozi za hidrojeni ni kidhibiti kipya cha kubuni vipitishi-kamili vya haidraidi. Neno linalofuata ni la wanaofanya majaribio.