UFOっぽい建物、大集合♪
高圧物理学の聖杯、金属水素。ハーバード大が｢できた！｣と喜んでいたら、挟んでいたダイヤモンドが割れて跡形もなく消え、夢まぼろしと化した話はあまりにも有名ですが、現代錬金術の探求は今も続いています。つい先日もフランスから最新論文が発表になって、その研究所の見た目が｢あの会社とあの会社にそっくり！｣と横道で話題になっていたので、ちょっとクイズにしてみました。A、B、C、それぞれ、どこのビルかわかります？
Aは玄関前にビジターセンターがありますが、Bは1億円以上のお買い物をしたカスタマー以外は立入禁止です。Cはグループ見学できますよ。（こたえは末尾）
室温超伝導の夢
さて、気になる論文は、｢気圧の400万倍の圧力をかけると水素は金属になって電気を通す｣という80年前の理論を実証するというものです。 昨年6月、arXivのプレプリントサーバーに公開されたときから注目を集めていましたが、その査読がようやく終わってNatureに正式に公開されたのです！
気圧の400万倍もどうやって圧力をかけるの!?!?!?!…と思っちゃいますけど、これは上述のハーバード大や独マックス・プランク研究所と同じく、ダイヤモンド・アンビル・セル （DAC）というもので加圧しました。
こんな風にして封じ込めて地球コアぐらいまで圧力をかけると、いろいろ妙なことが起こるんですね。
フランスの今回の実験では、UFO型ラボで赤外線を当てながら水素の挙動を観測してみました。すると…
300GPa（300,000,000,000パスカル）の高圧では…
水素が固体になって、可視光を遮る
425GPa（425,000,000,000パスカル）の高圧＆低温（80K）では…
水素が固体から金属になって、赤外線を遮り、赤外波長を反射する
…という相転移が確認されたんです！ ちなみに気圧は海抜0mで101,325パスカルなので、300GPaで300万気圧、425GPaで425万気圧くらい。0K（ケルビン）は絶対零度の-273.15ºC（あらゆる物質が停止する熱の下限）なので、それよりやや上です。
実験を率いたフランス原子力庁（CEA）のPaul Loubeyre博士に話を聞いてみたら、加圧の行程をリバースして、ダイヤモンド間の圧力をゆるめて計測も重ねてみたけど、ダイヤモンド先端部に水素はきっちり捉えられており、リークしていなかったと言っていました。水素は拡散性が高いので、これは重要なポイントですね。
一般の反響も上々で、オタワ大学のSerge Desgreniers物理学教授は｢金属水素の生成と見てほぼ間違いない｣とNatureにコメントを寄せています。｢ほぼ｣というのは、設備的な精度の限界がある以上、バンドギャップ（禁制帯。外部から微量のエネルギーを得ると、電子は伝導体になる）がゼロとは言い切れないから。論文の見出しでも金属水素と断言はしていなくて、あくまでも可能性となっています。一方、カーネギー地球物理学研究所のZack Geballe研究員は｢高圧下の水素金属やその他の物質の生成解明につながる大きな一歩｣であり、｢次は電極を結んで電流を計測する段階｣と米Gizmodoに感想を語っています。
マックス・プランク研究所のMikhail Eremets博士が独自の水素試料で行なった電導度測定では、350～440GPaで水素が分子固体となり（原子はまだ分離していない）、480GPa加圧した段階で金属相への転移が確認されたという結果が報告されています。これについてフランスのLoubeyre博士は、｢440GPaとある部分がこちらの実験では390GPaと出たが、おそらく確認した事象は同じではないか｣と語っていますよ。実験精度には自信をみなぎらせており、このレベルの高圧でも観測が可能になったということで、今後10年は研究が活発化しそうですね！
あ、ちなみに日本にもカッコいいUFO型円形加速器（シンクロトロン）はあります。有名なのは大型放射光施設Spring-8で、グループ見学も予約可能。たまにはこんな神秘の空間で社会勉強も素敵ですね。
【こたえ】A：Apple本社、B：McLaren本社、C：SOLEILシンクロトロン
