对新金属氢相的初步要求

自从1935年首次预测氢可以在巨大的压力下呈现金属形态以来，寻找氢的努力就充斥着错误和有争议的说法。因此，这一传奇的最新篇章是可以理解的谨慎。两位资深的高压物理学家，罗素Hemley乔治·华盛顿大学的教授约翰谢霆锋加拿大萨斯喀彻温大学的科学家和他们的同事已经绘制出了高压下结晶氢加热融化成液体的位置。¹他们还报告了一种新的高压晶体相的光谱证据，他们认为这种相可能与先前量子计算预测的相相一致——计算表明这种相是金属的。

的原始预测金属氢尤金·维格纳和希拉德·亨廷顿是基于这样的论点:如果分子固体被压缩到所有氢原子等距相等的程度，那么材料必然会变成金属，在充满电子的价带和空的导带之间没有带隙。但是Hemley说，他们的新结果，结合早期的实验和理论研究，暗示了非常致密的氢在液体和固体形式下的金属行为，指向了一个更复杂的画面，有几种不同的金属状态。

研究这些极端压力下的材料通常要么使用冲击压缩——基本上是一种快速而短暂地压缩样品的爆炸——要么使用一种称为金刚石砧细胞(DAC)的设备，在这种设备中，样品被挤压在两个金刚石“齿”之间。但是，在DAC工作中，获得样品的明确视图和知道压力是多少都是具有挑战性的。这种不确定性困扰着最近的一项索赔²哈佛大学的研究人员看到了维格纳-亨廷顿向金属氢的转变。

剔牙

赫姆利和他的同事们现在声称，他们已经进入了致密氢的相空间的一个以前无法进入的部分，达到了300GPa的压力，同时将设备加热到900K。赫姆利说，找到合适的牙齿在一定程度上是一个问题。他说:“钻石砧是在我们的实验室里精心挑选和打磨的，以承受这种压力下的加热。”一些研究小组在他们的钻石表面涂上一层坚硬的涂层，以阻止氢扩散到钻石中，但Hemley和他的同事们选择不这样做，他们说这样做有可能从涂层中引入虚假的光谱信号。

当实验可以探测固体金属氢时，这将是令人兴奋的，因为它几乎肯定会是室温超导体

David Ceperley，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校

研究人员使用拉曼光谱来研究氢样品，观察原子晶格的振动。这些振动的变化表示固相的转变，而当样品熔化时，所有振动都消失了。Hemley和他的同事们可以在100到300GPa的压力下跟踪熔化转变，其中熔化温度约为600-650K。

这条“融化线”中的一些已经被绘制出来了，^3.但是Hemley和他的同事在140GPa左右发现了一个扭结，这表明形成了一个新的固相。赫姆利说，可能还有其他压力更高的。他说:“以前所有高于140GPa的估计都是基于实验数据或理论计算的推断。”“我们的研究结果表明，现场测量是必要的。”

识别阶段

结合早期的研究，这些发现表明在这些压力下可能存在四种或更多的固相——一些是高金属相，另一些是弱金属相。特别是，研究人员发现，在300GPa和373K以上的温度下，出现了一个新的拉曼峰。为了找出可能是哪个相导致的，他们计算了在这些条件下理论预测的各种晶体形式的拉曼光谱，并发现其中一种-金属相-在几乎相同的频率上有一个峰值。这就是他们所看到的吗?

他说，这些结果有一个奇怪的地方尤金Gregoryanz英国爱丁堡大学的一项研究发现，实验中的拉曼峰似乎并不像人们预期的那样随着压力而变化。此外，凝聚态物理学家说，“计算不够精确，无法做出自信的鉴定”大卫Ceperley他是美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的教授。“两相之间的自由能差非常小，因此需要更精确的测量和计算才能得出结论。”

“当实验可以探测固体金属氢时，这将是令人兴奋的，因为几乎可以肯定它将是室温超导体，”塞珀利补充道。但他说，要做到这一点，“他们的平均成绩必须超过400分”。

据预测，热的、致密的金属氢存在于像木星这样的气态巨行星的核心，但那里的温度要比这里高得多。然而，赫姆利说，“我们不能排除存在富氢的行星体，其内部温度较低，这与我们的新数据直接对应。”

更重要的是，塞珀利说，这样的实验为探索那些更极端的情况提供了一个试验场。“如果我们能在这些条件下成功地预测和测量氢的固相，那么我们就有信心在更高的温度下也能做到这一点。”