“高压物理的圣杯”我国科学家成功合成流体金属氢

据《科技日报》12月2日报道，记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院固体物理研究所极端环境量子物质中心团队在极端高温高压条件下成功获得了氢和氘的金属态。相关研究成果日前发表在国际重要学术刊物《先进科学》上。这是固体物理研究所量子中心研究团队继成功合成流体金属氮之后，在轻质元素高压研究上取得的又一重要突破。

2015年和2018年，美国两实验室观察到过这种氢和氘的流体金属态，分别发表在当年的《科学》期刊上，但两者报道的温度与压力曲线差异很大，无法准确确定流体金属氢的存在区域。

中科院合肥研究院固体所量子中心研究人员在前期工作基础上，基于金刚石对顶砧装置并结合脉冲激光加热技术，在实验室中创造出了可模拟地核的极端温度压力条件，将气态的氢和氘成功转变成流体金属态；并利用超快宽带超连续光谱探测到了样品的光学吸收、反射特征，揭示了流体金属氢和氘的光、电等物理特性。研究结果明确了流体金属氢和氘的存在区域，并进一步说明这种金属态需要经历相当宽的高温高压半金属区域才能够获得。

该项目得到国家自然科学基金面上项目、国家重大仪器研制项目等项目支持。

“高压物理的圣杯”

据《中国科学报》9月26日报道：氢是宇宙中含量最丰富的元素。在常压下，两个氢原子结合形成氢分子。1935年，诺贝尔物理奖得主尤金.维格纳和物理学家希拉德.亨廷顿预测，氢在25 GPa的高压下会变为金属氢。

北京高压科学研究中心（HPSTAR）主任、中国科学院外籍院士毛河光告诉记者，这种材料具有超高的能量密度，理论预测是室温超导体和超流体，甚至可能是由未知的新物理机制操控的一种新颖的凝聚态。同时，金属氢也被认为是氢在木星、土星等大行星中的一种重要的存在形式。

因此，有人将金属氢称为“高压物理的圣杯”。近一个世纪以来，高压学者通过不懈努力，已经使高压技术所能达到的压力接近预想中的条件，并在这一过程中发现了许多种氢的高压新相。

金刚石对顶砧示意图（图自HPSTAR）

然而，维格纳和亨廷顿显然大大低估了形成金属氢所需的压力，时至今日，人类还未实现静态高压下金属氢的相变，后来的研究认为金属氢相变的压力至少要达到500 GPa。

500 GPa是什么概念？北京高压科学研究中心研究员李冰告诉《中国科学报》，地心的压力约为360 GPa。

这么高的压力要如何才能得到？

李冰告诉记者，金刚石对顶砧压机用两颗顶对顶放置的金刚石相互施压，可以产生约400 GPa极限静态压力，这是达到如此高的静态压力的唯一手段。

北京高压科学研究中心研究员吉诚告诉《中国科学报》记者，目前金属氢的研制已经进入白热化阶段，这几年不断有研究小组声称合成了金属氢，但是在业内难以得到共识。很大一个原因是因为在极端条件下由于物理限制，往往测量手段匮乏，测量结果的准确性也不尽如人意。而且众多学者对通过深入研究金属氢以及氢金属化过程，以探索其所蕴含的新的物理机制的重要性，目前也没有足够的认识。

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