“高壓物理的聖盃”我國科學家成功合成流體金屬氫

據《科技日報》12月2日報道，記者從中國科學院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理研究所極端環境量子物質中心團隊在極端高温高壓條件下成功獲得了氫和氘的金屬態。相關研究成果日前發表在國際重要學術刊物《先進科學》上。這是固體物理研究所量子中心研究團隊繼成功合成流體金屬氮之後，在輕質元素高壓研究上取得的又一重要突破。

2015年和2018年，美國兩實驗室觀察到過這種氫和氘的流體金屬態，分別發表在當年的《科學》期刊上，但兩者報道的温度與壓力曲線差異很大，無法準確確定流體金屬氫的存在區域。

中科院合肥研究院固體所量子中心研究人員在前期工作基礎上，基於金剛石對頂砧裝置並結合脈衝激光加熱技術，在實驗室中創造出了可模擬地核的極端温度壓力條件，將氣態的氫和氘成功轉變成流體金屬態；並利用超快寬帶超連續光譜探測到了樣品的光學吸收、反射特徵，揭示了流體金屬氫和氘的光、電等物理特性。研究結果明確了流體金屬氫和氘的存在區域，並進一步説明這種金屬態需要經歷相當寬的高温高壓半金屬區域才能夠獲得。

該項目得到國家自然科學基金面上項目、國家重大儀器研製項目等項目支持。

“高壓物理的聖盃”

據《中國科學報》9月26日報道：氫是宇宙中含量最豐富的元素。在常壓下，兩個氫原子結合形成氫分子。1935年，諾貝爾物理獎得主尤金.維格納和物理學家希拉德.亨廷頓預測，氫在25 GPa的高壓下會變為金屬氫。

北京高壓科學研究中心（HPSTAR）主任、中國科學院外籍院士毛河光告訴記者，這種材料具有超高的能量密度，理論預測是室温超導體和超流體，甚至可能是由未知的新物理機制操控的一種新穎的凝聚態。同時，金屬氫也被認為是氫在木星、土星等大行星中的一種重要的存在形式。

因此，有人將金屬氫稱為“高壓物理的聖盃”。近一個世紀以來，高壓學者通過不懈努力，已經使高壓技術所能達到的壓力接近預想中的條件，並在這一過程中發現了許多種氫的高壓新相。

金剛石對頂砧示意圖（圖自HPSTAR）

然而，維格納和亨廷頓顯然大大低估了形成金屬氫所需的壓力，時至今日，人類還未實現靜態高壓下金屬氫的相變，後來的研究認為金屬氫相變的壓力至少要達到500 GPa。

500 GPa是什麼概念？北京高壓科學研究中心研究員李冰告訴《中國科學報》，地心的壓力約為360 GPa。

這麼高的壓力要如何才能得到？

李冰告訴記者，金剛石對頂砧壓機用兩顆頂對頂放置的金剛石相互施壓，可以產生約400 GPa極限靜態壓力，這是達到如此高的靜態壓力的唯一手段。

北京高壓科學研究中心研究員吉誠告訴《中國科學報》記者，目前金屬氫的研製已經進入白熱化階段，這幾年不斷有研究小組聲稱合成了金屬氫，但是在業內難以得到共識。很大一個原因是因為在極端條件下由於物理限制，往往測量手段匱乏，測量結果的準確性也不盡如人意。而且眾多學者對通過深入研究金屬氫以及氫金屬化過程，以探索其所藴含的新的物理機制的重要性，目前也沒有足夠的認識。

本文系觀察者網獨家稿件，未經授權，不得轉載。