春节第一篇Nature：氢转化为金属的同步红外光谱证据

【引言】

在原子、分子和凝聚态物理学的发展中，氢一直是必不可少的元素。据预测，氢应具有金属态。然而，要理解致密氢的特性比最初设想的要复杂得多，因为在极端条件下，电子和质子是紧密耦合的，最终都必须被视为量子粒子。因此，如何以及何时固体氢分子可以转化为金属是一个悬而未决的问题。尽管对金属氢的探索推动了现代实验高压物理学的重大发展，但其观测结果的各种说法仍未得到证实。

【成果简介】

今日，在法国原子能和替代能源委员会（CEA）Paul Loubeyre1教授团队（通讯作者）带领下，在425吉帕附近观察到，氢的直接带隙从0.6 eV到0.1eV以下的不连续变化。 该结果很可能与金属态的形成有关，因为原子核零点能量大于该最低带隙值。采用最新研制的环形金刚石砧室电池可达到400吉帕以上的压力，并用同步加速器红外吸收光谱仪检测80开尔文下致密固体氢的结构变化和电子性质。随着振动子波数的连续下降和压力点增大的直接带隙，第三相氢的稳定性达到425吉帕。目前的数据表明，氢的金属化过程发生在分子固体中，与先前的捕获多体电子相关性的计算非常吻合。相关成果以题为“Synchrotron infrared spectroscopic evidence of the probable transition to metal hydrogen”发表在了Nature。

【图文导读】

图1在研究的压力范围内选择测量值

图2 金属氢的红外吸收和可能的特征中的不连续压力演变

图3 分子固体氢由绝缘体向金属转化的性质

图4 固体氢的低温相图

文献链接：Synchrotron infrared spectroscopic evidence of the probable transition to metal hydrogen（Nature，2020，DOI:10.1038/s41586-019-1927-3）

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