Учёные впервые создали гидрид золота в экстремальных условиях

Иллюстрация интенсивных импульсов рентгеновского лазера на свободных электронах (слева), нагревающих сжатые образцы углеводородов до экстремальных условий, что привело к реакции золота и водорода с образованием гидрида золота (в центре). Атомы золота показаны золотым цветом, зафиксированы в гексагональной кристаллической решётке, через которую водород (белый) свободно диффундирует в «суперионном» состоянии. Автор: Грег Стюарт / SLAC National Accelerator Laboratory

Впервые в истории международная команда исследователей под руководством учёных из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) случайно синтезировала твёрдый бинарный гидрид золота — соединение, состоящее исключительно из атомов золота и водорода.

Изначально учёные изучали процесс образования алмазов из углеводородов под экстремально высоким давлением и температурой. В экспериментах на Европейском XFEL (рентгеновский лазер на свободных электронах) в Германии они использовали образцы углеводородов с встроенной золотой фольгой, которая должна была поглощать рентгеновские лучи и нагревать слабо поглощающие углеводороды. К их удивлению, помимо алмазов, образовался гидрид золота.

«Это было неожиданно, потому что золото обычно химически инертно — именно поэтому мы используем его как поглотитель рентгеновских лучей в таких экспериментах», — пояснил Манго Фрост, ведущий автор исследования.

Результаты, опубликованные в журнале Angewandte Chemie International Edition, демонстрируют, как меняются законы химии в экстремальных условиях, подобных тем, что существуют внутри некоторых планет или звёзд, где идёт термоядерный синтез водорода.

Изучение плотного водорода

В эксперименте образцы сначала сжимали до давления, превышающего давление в мантии Земли, с помощью алмазной наковальни, а затем нагревали до 1900°C (3500°F) с помощью импульсов рентгеновского лазера. Анализ рассеяния рентгеновских лучей показал не только образование алмазов, но и неожиданные сигналы, свидетельствующие о реакции водорода с золотой фольгой.

В экстремальных условиях водород перешёл в плотное «суперионное» состояние, свободно перемещаясь через жёсткую кристаллическую решётку золота и увеличивая его проводимость. Это открытие позволяет изучать поведение плотного водорода в условиях, аналогичных недрам планет или звёзд, что может пролить свет на процессы термоядерного синтеза.

Новые горизонты химии

Исследование также открывает путь к изучению новой химии. Оказалось, что золото, считавшееся инертным металлом, способно образовывать стабильный гидрид при сверхвысоких давлениях и температурах. Однако при охлаждении соединение распадается. Моделирование показало, что при увеличении давления в решётку золота может внедряться больше водорода.

«Важно, что мы можем экспериментально создавать и моделировать такие состояния в экстремальных условиях», — отметил Зигфрид Гленцер, руководитель исследования.

Разработанные методы моделирования могут быть применены для изучения других экзотических материалов в экстремальных условиях.

Подробнее: Mungo Frost et al, Synthesis of Gold Hydride at High Pressure and High Temperature, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202505811