氫是宇宙中最輕、最豐富的元素，物理學家對它很著迷。特別是與高溫超導態相關的金屬化條件一直是科學界爭論的焦點，而這一領域的進展與理論方法和實驗技術的進步密切相關。
此前的報導中，有研究稱室溫條件下在260到270 GPa壓力下，實驗發現了金屬態氫的存在。然後此後不久的更多實驗，卻對該研究結果表示異議，他們認為氫分子只是轉變成了半金屬或過渡到另一種狀態。
根據凝聚態物理學的預測，在足夠高的壓力下，氫會電離並轉變成原子金屬。然而這種情況發生的確切壓力範圍還沒有確定，氫變成金屬的過程也仍然有些不清楚。
馬克斯普朗克化學研究所的最新研究發表在《自然物理》雜誌上，他們證明了在350到360GPA壓力下和低於200K的溫度下，氫分子開始導電並變成半金屬。該研究提供了關於高壓下氫的轉變的有趣的新見解，揭示了它所獲得的一些特性。
通常情況下，金屬氫被認為是原子氫，一種分子分解後由質子形成的晶體。然而氫也可以由分子狀態轉變成金屬，在這種情況下，氫分子晶體的電子帶變寬並最終重疊，從而使帶隙閉合，自由電子和空穴出現，這就是通常說的金屬狀態。分子氫晶體電子帶重疊的初始狀態稱為半金屬。在這種狀態下，由於載體的數量少，金屬的導電性差。然而如果壓力進一步增大，這種導電性差的金屬就會變成正常的金屬，最終變成氫原子。
研究人員的目標是找到金屬電導率出現的壓力，以及該壓力是否會導致分子或原子金屬的出現。於是他們進行了電測量，因為這是唯一一種可以直接告訴我們氫是否導電以及它是否是金屬的方法。金屬通常在最低溫度下都具有電導性；半導體也可以導電，但在較低的溫度下，導電性指數下降甚至消失。
實驗中，研究人員匯集了高達480 GPa的拉曼測量數據，以確定在不同壓力下氫氣發生的變化。他們發現，當壓力超過360 GPa時，氫開始導電，但直到440 GPa時，它仍是半金屬。
為了收集拉曼測量數據，研究人員使用了帶有人造鑽石的小型dac。這些鑽石即使在500帕左右的壓力下也具有極低的發光度。另一方面，在進行電氣測量時，他們使用了四條導線在鑽石砧上濺射，這些導線通過絕緣層與金屬墊片隔離。
研究人員收集的測量數據表明，實驗中觀察到的半金屬氫處於分子狀態。這些發現因此證實了他們的假設，即氫在分子狀態下變成金屬。超過360 GPa，導電性就會隨著壓力的增加而增強。電導率並沒有隨著溫度的降低而呈指數下降，這表明氫不是半導體。另一方面，它並不是一種性能很好的金屬，因為它的導電性隨著冷卻僅略有增加。這樣的行為是典型的半金屬，例如鉍或者氧，氬等壓力誘導的半金屬。
同時該測量還提供了證據，證明半金屬氫至少在不高於440 GPa的壓力下保持分子狀態。然而當壓力超過440GPa時，氫發出的拉曼信號消失了，這表明進一步的轉變正在發生。
該研究清楚地表明，在360 GPa以上，氫在其分子狀態下會變成半金屬。然而該物質表現出了一些不尋常的行為，這與金屬氫處於原子狀態的常見理論預測不一致。相反研究人員觀察到，氫以分子狀態轉變為半金屬物質。
研究人員的發現將進一步激發理論和實驗工作，以理解氫向金屬的複雜轉化。他們現在正計劃將電子測量擴展到更高的壓力，並試圖發現金屬氫的超導性。