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全球首次:氢的第四相!纯氢的金属化,可能会

时间:2020-07-23 04:29

由我们中国北京高压科学研究中心(HPSTAR)的毛河光院士和Cheng Ji博士领导的国际实验研究小组,以及由乌普萨拉大学Rajeev Ahuja教授领导的理论小组,利用实验研究和理论来理解氢中可能导致金属化,甚至可能导致超导的高压结构相变(本研究中氢的第四相),这项发现发表在《自然》期刊上,氢(H2)是宇宙中最丰富和最轻的元素之一。

六十年来一直有人猜测纯氢的金属化可能促使室温超导体的出现,尽管这至今仍是一个悬而未决的问题。然而,需要巨大的压力才能充分压缩氢以达到这种金属状态。经过过去三十年不懈的实验努力,固体氢已被压缩到接近400 GPa(大约地球中心的压力)的压力,并且在没有足够的结构约束情况下,基于光谱观察,已经确定了六种高于100 GPa的高压分子相。通过针对超高压氢气的新技术开发,最终获得了高达254 GPa的氢相I,III和IV的X射线衍射(XRD)数据。

令人惊讶的是,这些相没有表现出不同的晶体对称性,但都保持在六方紧密堆积(HCP)结构中,c/a轴比相对于理想HCP晶格的急剧减小。研究表明,HCP布里渊区的大规模畸变,导致氢带闭合之前的一系列电子拓扑转变(ETT)相,这是第一次在氢气中看到这样的现象。这促使Rajeev Ahuja教授领导的团队,基于最先进的第一原理方法进行系统的计算机实验,以研究ETT。

这些发现与实验观察结果非常一致,甚至可以预测氢的金属相经过许多中间ETT。广泛模拟是使用瑞典国家计算基础设施(SNIC)在NSC提供的资源进行。氢中的ETT代表了一个非常重要的发现,研究结果可以被看作是在易于处理的压力范围内,寻找金属甚至超导氢的实验和理论研究方面的重要进展。

博科园|研究/来自:北京高压科学研究中心/乌普萨拉大学参考期刊《自然》DOI: 10.1038/s41586-019-1565-9博科园|科学、科技、科研、科普关注【博科园】看更多大美宇宙科学哦