COVER-STORY I NATURE:
Banebrytende hydrogenoppdagelse (7.11.04, 21:32)

Hydrogenforskningen til fysikkprofessor Asle Sudbø og hans doktorander er så oppsiktsvekkende at den nylig ble hovedoppslag i det prestisjetunge fagtidsskriftet Nature.

HYDROGENFORSIDE: Professor Asle Sudbø (t.h.) og doktorkandidatene Jo Smiseth (t.v.) og Eivind Smørgrav håper Nature-artikkelen om superledning i metallisk hydrogen vil bidra til å revitalisere forskningsfeltet. Doktorkandidatene har tidligere publisert tre artikler i Physical Review Letters om forskningsarbeidet.

- Et rikt problem, er den karakteristikken professor Asle Sudbø ved Institutt for fysikk bruker for å betegne forskningen på hydrogenets oppførsel ved lav temperatur og høyt trykk.

Med det mener han at det er veldig mye som kan utledes av hydrogenstudiene han og hans forskerteam er oppslukt av for tiden.

Hydrogenatomet er det enkleste atomet, med ett proton og ett elektron. Men når det utsettes for høyt trykk går hydrogenet over i metallisk væske, som slett ikke er noen enkel væske.

- Tvert i mot, vi får en meget komplisert og interessant væske, sier en entusiastisk professor. Hydrogenet blir til en tokomponent, superledende væske som består av protoniske og elektroniske superledende væsker.

FAKTA

HYDROGEN UNDER TRYKK: Ved normalt trykk og temperatur er hydrogen en gass. Ved en atmosfæres trykk og 250 kuldegrader går hydrogenet over i væskeform. Ved 4 mill. atmosfæres trykk blir hydrogenet til metallisk væske som blir superledende like over det absolutte nullpunkt (273 kuldegrader). Utsettes dette systemet for et magnetfelt, skjer det også spennende saker. Her er det mye å forske på!

Paradigmeskifte
Oppdagelsen av et superfluid med to superledere er helt nytt.

– Dette er en ny type kvantevæske som representerer et paradigmeskifte i denne gren av fysikken, mener Sudbø.

Foreløpig har han og teamet bare gjort teoretiske beregninger av det nye superfluidet. Beregningene skjer på superdatamaskinen ved NTNU, og de bruker denne ressursen nesten like intenst som meteorologene. 300.000 cpu-timer i halvåret legger de beslag på. Beregningene kjøres stort sett på nattestid.

Nå håper de å få beregningene verifisert eksperimentelt i samarbeid med forskere i Paris og ved Cornell University i USA. Men det er ikke enkelt. Det er først ved minus 250 grader Celsius og et trykk på 4 millioner atmosfærer den doble superledningsevnen inntreffer.

Skrustikke av diamant
Og hva må til for å oppnå et trykk på ufattelige 4 millioner atmosfærer? Jo, en diamantskrustikke. En liten kubus av diamant der sideflatene presses sammen til et stadig mindre volum. Sudbøs kollega ved Cornell og medforfatter til artikkelen i Nature, professor Neil W. Ashcroft, har vært en pioner i arbeidet med metallisk hydrogen under ekstreme trykk.

INTERNASJONAL ERFARING: Professor Asle Sudbø har forsket ved flere ledende forskningsmiljø i USA (Bell Labs, UCLA, Caltech). For ti år siden vendte han tilbake til sitt alma mater som professor. Den russiske postdoc-stipendiaten Egor Babaev er en sentral medarbeider i teamet ved NTNU, og medforfatter til Nature-artikkelen.

- Tenk deg at du har 13,6 kubikkmillimeter hydrogen i væskeform. Når denne hydrogenvæsken klemmes sammen til én kubikkmillimeter, har du nådd et trykk på 4 mill. atmosfærer, forklarer Sudbø.

Foreløpig har ikke forskerne ved Cornell klart å oppnå så høye trykk. Tre millioner er det meste de har klart hittil, men de regner med å nå 4 millioner innen fem år. For øyeblikket ligger begrensningene i å produsere syntetisk diamant som tåler et slikt trykk.

Nye eksperimentelle teknikker
- Vi må utvikle nye eksperimentelle teknikker for å oppnå det vi ønsker. Eksperimenter i nanoskala under ekstreme trykk vil lede til teknologisk spin-off som kan gi oss ny kunnskap – all erfaring viser det, sier Sudbø.

Sudbø og hans kolleger vil inspirere flere forskere til å engasjere seg i dette spennende feltet. Derfor forbereder de nå en artikkel til fagtidsskriftet Science om nye eksperimentelle metoder som kan verifisere beregningene i Nature-artikkelen.

Tekst og foto: Arne Asphjell