Onderzoekers van de Universiteit van British Columbia, Riken en Kanazawa University creëerden ultra-koude laboratoria van nano-size om superfluiditeit in waterstof aan te tonen. Credit: Dr. Susumu Kuma, Riken
Waterstof nano-clusters bij lage temperaturen vertonen ‘superfluiditeit’-een kwantumstaat van wrijvingsloze stroom alleen eerder eerder waargenomen in helium.
Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in De wetenschap vordert door een internationaal team onder leiding van chemici van de Universiteit van British Columbia (UBC).
“Deze ontdekking verdiept ons begrip van kwantumvloeistoffen en kan efficiëntere waterstofopslag en transport voor schone energie inspireren”, zegt professor Takamasa Momose, een expert op het gebied van koude moleculen bij UBC en senior auteur van de krant.
Er werd ontdekt dat helium superfluïde kenmerken bezit bij lage temperaturen in 1936 – heliumatomen stroomden door extreem smalle kanalen zonder wrijving of viscositeit. Sommige atomaire gassen kunnen zich ook gedragen als superfluïden.
Natuurkundige en Nobelprijswinnaar Dr. Vitaly Ginzburg voorspellen wel dat vloeibare waterstof in 1972 ook een superfluïde zou kunnen zijn – maar tot nu toe zijn directe observaties van waterstofmoleculen die een superfluïde kunnen worden, wetenschappers.
Het creëren van nano-size ultrakoud laboratoria
Waterstof is meestal onmogelijk te bestuderen in vloeibare vorm -het wordt een vaste stof bij -259 ° C (-434 ° F). Maar door kleine clusters van waterstofmoleculen te beperken in helium nanodropletjes bij -272,25 ° C (0,4 K), konden Dr. Momose en collega’s aan de Riken en Kanazawa University in Japan de waterstof in vloeibare vorm houden, zelfs bij lage temperaturen.
-
Experimenteel apparaat en laser gebruikt door onderzoekers van de Universiteit van British Columbia, Riken en Kanazawa University om superfluïditeit in waterstof aan te tonen. Credit: Chie Nakayama, University of British Columbia
-
Een student die werkt met een experimenteel apparaat en laser gebruikt door onderzoekers van de Universiteit van British Columbia, Riken en Kanazawa University om superfluiditeit in waterstof aan te tonen. Credit: Chie Nakayama, University of British Columbia
Vervolgens heeft het team een methaanmolecuul ingebed in het waterstofcluster en het draaien met laserpulsen. Het draaiende methaanmolecuul werkt als een kanarie in een kolenmijn voor superfluïditeit – als het sneller roteert zonder weerstand, was de omringende waterstof superfluïd. Wanneer voldoende waterstofmoleculen (15 tot 20 moleculen) in een cluster werden geplaatst, roteerde het methaan zonder weerstand, wat aangeeft dat de waterstof als een superfluïde werkte.
“We waren heel blij toen we voor het eerst het opvallend heldere methaanspectrum observeerden in een kleine druppel vloeibare waterstof,” zei Dr. Hatsuki Otani, die het werk leidde terwijl een Ph.D. Student in chemie bij UBC. “Het was een sterk teken van de superfluiditeit van waterstof. Toen kwamen theoretische resultaten van collega’s aan de Kanazawa University perfect overeen met onze experimentele gegevens.”
Waterstof wordt gebruikt in brandstofcellen, die alleen water afgeven als een bijproduct – maar de productie van productie, opslag en transport heeft beperkte infrastructuurvoorschotten voor de schone brandstof. De wrijvingsloze stroom van superfluïde waterstof zou in de toekomst nieuwe technologieën kunnen inspireren voor efficiëntere waterstoftransport en opslag.
Meer informatie:
Hatsuki Otani et al., Onderzoek naar moleculaire superfluiditeit in waterstofclusters, De wetenschap vordert (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adu1093
Dagboekinformatie:
De wetenschap vordert
Geboden door de Universiteit van British Columbia
