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室温超导体即将现世?氢金属相研究的里程碑式成果诞生
2020-02-01 17:24 前瞻网   

 

氢是宇宙中最丰富的元素。其分子的气体状态简单,而固体状态复杂。1935年,有人猜测,高压下的固体氢会成为室温超导体。这一预测宣告着一场竞赛的开始,从那之后,许多人试图用实验证明,在超高压缩下,固体氢会表现出这种金属性质。

近日,法国科学家保罗·罗贝里(Paul Loubeyre)等人在《自然》杂志上刊登了堪称里程碑的研究结果。他们通过新型实验手段发现,在极端压力和低温下,重氢的光学反射率呈现出不连续的、可逆的变化,这可以归因于向金属态的相变。

过去,科学家对可压缩材料的研究一直是利用金刚石压砧对其进行压缩,但这一方法在压缩氢方面遇到了瓶颈。为了突破这一瓶颈,罗贝里的研究小组采用了一种叫聚焦离子束铣削的技术,使用大量离子流,对金刚石压砧表面进行了精确雕刻,使其更适合致密氢样品的研究。

研究人员发现,当压力升高到425 GPa以上时,压缩后的氢样品会阻挡所有的光,并显示出光反射率的突然增加。这种转变是可逆的。作者将光反射率的变化归因于压力引起的相变,在这种相变中,样品中的电子可以像金属中的电子一样自由移动。

氢在转变压力之前仍然是分子固体;它可能保持在425 GPa以上的状态,但很难通过光谱来确定这一点,因为在这些极端条件下光和物质之间的耦合减少了。

这一发现可以算得上是极端压力下致密氢达到金属态的确切证据。虽然分子氢进入金属态时的压力的计算预测仍然缺乏精确性,扔需要许多不同的量子力学修正,当前很难解决。然而,425 GPa的实验值与预测氢在相同压力下向不同固相转变的计算结果已然一致。

参考文献:

[1] Synchrotron infrared spectroscopic evidence of the probable transition to metal hydrogen

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责任编辑: 3976DBC

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