[논문 리뷰] Comment on: Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near 425 GPa

Isaac F. Silvera, Ranga Dias|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 06.

High-pressure geophysics and materials참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 425 GPa에서 금속성 수소로의 1차 상전이가 이루어졌다는 주장에 도전하며, 그 증거가 부족하고 이전 연구들인 Zha 등(2012), Eremets 등(2016), 그리고 저자들 자신의 연구에서도 420–495 GPa 범위에서 유사한 관측 결과가 이미 보고되었음을 지적한다. 이는 투명도 감소와 반도체적 행동을 포함한다. 저자들은 보고된 전이가 절연체에서 도체로의 전이임을 확증할 수 있는 명백한 증거가 부족하다고 주장한다.

ABSTRACT

Loubeyre, Occelli, and Dumas (LOD) [1] claim to have produced metallic hydrogen (MH) at a pressure of 425 GPa, without the necessary supporting evidence of an insulator to metal transition. The paper is much ado about nothing. Most of the results have been reported earlier. Zha, Liu, and Hemley [2] studied hydrogen at low temperature up to 360 GPa in 2012; they reported absorption studies up to 0.1eV. Eremets et al [3] studied dense hydrogen up to 480 GPa using standard bevel diamonds. They reported darkening of the sample and electrical conductivity in which they reported semi-metallic behavior around 440 GPa. In 2016 Dias, Noked, and Silvera [4] reported hydrogen was opaque at 420 GPa. In 2017 Dias and Silvera observed atomic metallic hydrogen at 495 GPa in the temperature range 5.5-83 K [5].

연구 동기 및 목표

• 425 GPa에서 금속성 수소가 관측되었다는 주장의 타당성을 부정하는 것.
• 이전 연구들이 이미 금속성 수소의 핵심적 특징, 즉 투명도 감소와 전기 전도도를 보고했음을 강조하는 것.
• 원본 논문에서 제시된 증거가 절연체에서 도체로의 전이를 확인하는 데 부족하다고 주장하는 것.
• 금속성 수소로의 상전이를 선언하기 전에 철저한 실험적 검증이 필수적임을 강조하는 것.
• 저자들이 이전에 더 높은 압력인 495 GPa에서 금속성 수소를 관측한 결과가 더 신뢰할 만한 증거임을 재확인하는 것.

제안 방법

• Zha 등(2012), Eremets 등(2016), 그리고 저자들의 연구를 포함한 고밀도 수소에 관한 다수의 실험 데이터를 검토하고 비교하는 것.
• 이전 논문들에서 보고된 광흡수 및 전기 전도도 측정 결과를 분석하는 것.
• 425 GPa에서의 절연체에서 도체로의 전이에 대한 증거의 질과 충분성 평가하는 것.
• 원본 연구가 이전에 발표된 결과를 초월해 새로운 또는 결정적인 증거를 제공하지 못하고 있음을 지적하는 것.
• 비교 분석을 통해 어두워짐 현상과 전도도 증가 현상이 더 낮은 압력에서도 이미 보고되었음을 보여주는 것.
• 1차 상전이를 위한 재현 가능하고 명확한 증거가 필요하다고 강조하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 425 GPa에서 금속성 수소로의 1차 상전이가 이루어졌다는 주장에 어떤 증거가 있는가?
• RQ2 원본 논문에서 보고된 결과는 고밀도 수소에 관한 이전 연구들과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 고압에서 수소의 어두워짐 현상과 전기 전도도 증가 현상의 의미는 무엇인가?
• RQ4 명백한 절연체에서 도체로의 전이가 없음이 주장에 치명적인 결함으로 간주되는 이유는 무엇인가?
• RQ5 금속성 수소가 나타났다는 데 충분한 실험적 증거는 무엇인가?

주요 결과

• 425 GPa에서 금속성 수소로의 1차 상전이가 이루어졌다는 주장은 절연체에서 도체로의 전이를 뒷받침할 충분한 증거가 부족하다.
• Zha, Liu, 및 Hemley는 2012년에 360 GPa까지의 수소에서의 흡수 연구를 보고하며, 금속화와 일치하는 변화를 관측했다.
• Eremets 등은 480 GPa까지의 수소에서 어두워짐 현상과 반도체적 행동을 관측했으며, 약 440 GPa에서 전도도가 증가함을 확인했다.
• Dias, Noked, 및 Silvera는 420 GPa에서 수소가 투명도를 잃었음을 보고하며 금속화의 전조로 간주할 수 있음을 제기했다.
• Silvera와 Dias는 5.5–83 K의 온도 범위에서 495 GPa에서 원자적 금속성 수소를 관측했으며, 더 이른 시기의 더 신뢰할 만한 증거를 제공했다.
• 저자들은 425 GPa에서의 주장이 새로운 것이 아니며, 금속성 수소 형성에 대해 새로운 또는 결정적인 증거를 제시하지 못하고 있다고 결론 내린다.