全球首次:氫的第四相!純氫的金屬化,可能會變成室溫超導體!

2020-12-06 博科園

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由我們中國北京高壓科學研究中心（HPSTAR）的毛河光院士和Cheng Ji博士領導的國際實驗研究小組，以及由烏普薩拉大學Rajeev Ahuja教授領導的理論小組，利用實驗研究和理論來理解氫中可能導致金屬化，甚至可能導致超導的高壓結構相變（本研究中氫的第四相），這項發現發表在《自然》期刊上，氫(H2)是宇宙中最豐富和最輕的元素之一。

六十年來一直有人猜測純氫的金屬化可能促使室溫超導體的出現，儘管這至今仍是一個懸而未決的問題。然而，需要巨大的壓力才能充分壓縮氫以達到這種金屬狀態。經過過去三十年不懈的實驗努力，固體氫已被壓縮到接近400 GPa（大約地球中心的壓力）的壓力，並且在沒有足夠的結構約束情況下，基於光譜觀察，已經確定了六種高於100 GPa的高壓分子相。通過針對超高壓氫氣的新技術開發，最終獲得了高達254 GPa的氫相I，III和IV的X射線衍射(XRD)數據。

令人驚訝的是，這些相沒有表現出不同的晶體對稱性，但都保持在六方緊密堆積(HCP)結構中，c/a軸比相對於理想HCP晶格的急劇減小。研究表明，HCP布裡淵區的大規模畸變，導致氫帶閉合之前的一系列電子拓撲轉變(ETT)相，這是第一次在氫氣中看到這樣的現象。這促使Rajeev Ahuja教授領導的團隊，基於最先進的第一原理方法進行系統的計算機實驗，以研究ETT。

這些發現與實驗觀察結果非常一致，甚至可以預測氫的金屬相經過許多中間ETT。廣泛模擬是使用瑞典國家計算基礎設施(SNIC)在NSC提供的資源進行。氫中的ETT代表了一個非常重要的發現，研究結果可以被看作是在易於處理的壓力範圍內，尋找金屬甚至超導氫的實驗和理論研究方面的重要進展。

博科園｜研究/來自：北京高壓科學研究中心/烏普薩拉大學參考期刊《自然》DOI: 10.1038/s41586-019-1565-9博科園｜科學、科技、科研、科普關注【博科園】看更多大美宇宙科學哦

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