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。
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。
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?文章第二作者、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。
文章第一作者、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。
如果说金属氢是圣杯,高压下氢结构的同步测量就好比圣杯的杯座。
吉诚告诉记者,最近发展的基于同步X射线辐射的微纳聚焦探针是解决这一困难的有效手段
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