據(jù)《科技日報》12月2日報道，記者從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所極端環(huán)境量子物質(zhì)中心團隊在極端高溫高壓條件下成功獲得了氫和氘的金屬態(tài)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際重要學(xué)術(shù)刊物《先進科學(xué)》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后，在輕質(zhì)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(tài)，分別發(fā)表在當(dāng)年的《科學(xué)》期刊上，但兩者報道的溫度與壓力曲線差異很大，無法準(zhǔn)確確定流體金屬氫的存在區(qū)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(chǔ)上，基于金剛石對頂砧裝置并結(jié)合脈沖激光加熱技術(shù)，在實驗室中創(chuàng)造出了可模擬地核的極端溫度壓力條件，將氣態(tài)的氫和氘成功轉(zhuǎn)變成流體金屬態(tài)；并利用超快寬帶超連續(xù)光譜探測到了樣品的光學(xué)吸收、反射特征，揭示了流體金屬氫和氘的光、電等物理特性。研究結(jié)果明確了流體金屬氫和氘的存在區(qū)域，并進一步說明這種金屬態(tài)需要經(jīng)歷相當(dāng)寬的高溫高壓半金屬區(qū)域才能夠獲得。

該項目得到國家自然科學(xué)基金面上項目、國家重大儀器研制項目等項目支持。

“高壓物理的圣杯”

據(jù)《中國科學(xué)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(jié)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(xué)家希拉德.亨廷頓預(yù)測，氫在25 GPa的高壓下會變?yōu)榻饘贇洹?

北京高壓科學(xué)研究中心（HPSTAR）主任、中國科學(xué)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(yù)測是室溫超導(dǎo)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(tài)。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“高壓物理的圣杯”。近一個世紀(jì)以來，高壓學(xué)者通過不懈努力，已經(jīng)使高壓技術(shù)所能達到的壓力接近預(yù)想中的條件，并在這一過程中發(fā)現(xiàn)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(xiàn)靜態(tài)高壓下金屬氫的相變，后來的研究認為金屬氫相變的壓力至少要達到500 GPa。

500 GPa是什么概念？北京高壓科學(xué)研究中心研究員李冰告訴《中國科學(xué)報》，地心的壓力約為360 GPa。

這么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(chǎn)生約400 GPa極限靜態(tài)壓力，這是達到如此高的靜態(tài)壓力的唯一手段。

北京高壓科學(xué)研究中心研究員吉誠告訴《中國科學(xué)報》記者，目前金屬氫的研制已經(jīng)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(yè)內(nèi)難以得到共識。很大一個原因是因為在極端條件下由于物理限制，往往測量手段匱乏，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性也不盡如人意。而且眾多學(xué)者對通過深入研究金屬氫以及氫金屬化過程，以探索其所蘊含的新的物理機制的重要性，目前也沒有足夠的認識。

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