Gwasgedd uchel yn gorfodi hydrogen trwm i weithredu fel metel

Mae tîm o Ffrainc a gyrhaeddodd y penawdau newyddion pan wnaethant honni eu bod wedi gwneud hydrogen metelig wedi dod o hyd i dystiolaeth addawol erbyn hyn y gellir gorfodi’r isotop diwteriwm i gyflwr metelig hefyd, ond ar wasgedd hyd yn oed yn uwch.

Mae hydrogen a diwteriwm metelig yn addawol iawn ar gyfer uwchddargludyddion newydd. Gellid eu defnyddio hefyd ar gyfer tanwydd roced pwerus, a fyddai’n ‘newid pethau’n sylweddol’, yn ôl NASA.

Gwasgu’n drwm

Yn ddamcaniaethol, mae pob elfen yn dod yn fetelig ar wasgedd digon uchel i wasgu’r atomau’n ddigon agos at ei gilydd fel bod electronau’n cael eu dadleoli, fel y rhai mewn metel. Cafodd hydrogen metelig ei ragfynegi gyntaf yn y 1930au, a chredir ei fod yn bodoli ar dymheredd a gwasgedd uchel y tu mewn i blanedau enfawr Iau a Sadwrn, gan roi eu meysydd magnetig iddynt. Gan hynny, gallai cynhyrchu hydrogen metelig yn y labordy hefyd helpu astroffisegwyr i ddeall sut y ffurfiodd y ddwy blaned.

Mewn maes cystadleuol iawn, mae rhai adroddiadau diweddar am hydrogen metelig wedi ennyn amheuaeth. Er enghraifft, yn 2017, honnodd ymchwilwyr yn yr Unol Daleithiau eu bod wedi ynysu hydrogen metelig ar wasgedd o 495 GPa, sy’n fwy na’r 360 GPa sydd yng nghraidd y Ddaear. Roedd rhai grwpiau eraill yn amau a oedd gwasedd mor uchel wedi ei gyflawni mewn gwirionedd.

Yn 2020, adroddodd gwyddonwyr o’r Asiantaeth Ynni Amgen ac Atomig (CEA) yn Ffrainc eu bod wedi gwasgu hydrogen mewn eingion diemwnt ar wasgedd o 425 GPa i roi ffurf fetelig. Roedd hyn yn seiliedig ar newid sydyn o ran amsugno golau isgoch (IR), sy’n gyson â newid i fod yn fetel dargludol.

Gyda rhif màs o ddau, mae diwteriwm hefyd yn cael ei adnabod fel hydrogen trwm. Gan fod niwclysau diwteriwm yn drymach na hydrogen, rhesymodd yr ymchwilwyr y byddai angen iddynt roi mwy o wasgedd i gyflawni cyflwr metelig.

Hydrogen trwm

Ail-gynhaliodd ymchwilwyr CEA arbrofion einion 2020 gan ddefnyddio diwteriwm. Ar y ddau dro cyntaf nid oedd modd iddynt gyrraedd gwasgedd uwchlaw 400 GPa ond llwyddwyd ar y trydydd tro. Fe wnaethant ddod o hyd i’r un newid i amsugno isgoch cyflawn ag ar gyfer hydrogen ond ar wasgedd uwch o 460 GPa, gan ddangos ‘trawsnewidiad tebygol’ i gyflwr metelig.

Dywed y ffisegydd gwasgedd uchel Alexander Goncharov yn Sefydliad Carnegie yn Washington DC fod y trawsnewidiad i ddiwteriwm metelig yn ‘ffenomen syml’ ond ei bod yn bwysig ei chadarnhau oherwydd ‘gallai ffiseg fwy cymhleth nag a ddychmygwyd gennym fod wedi bod ar waith’. Mae’n gobeithio y bydd yr ymchwilwyr yn awr yn gwthio i wasgedd uwch fyth mewn ymgais i wella dargludedd electronig.

Mae David Ceperley, damcaniaethwr mater cyddwysedig ym Mhrifysgol Illinois yn yr Unol Daleithiau, yn awgrymu y gallai’r gwaith ddod o hyd i gymwysiadau ymchwil eraill – er enghraifft, mewn astudiaethau o uwchddargludedd hydridau. ‘Yn gyffredinol, mae’n ddefnyddiol iawn mynd o fàs un i fàs dau,’ meddai.