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北京毛河光院士领导的研究小组成功解出了氢连接正常固体氢与奇特金属氢的第四相晶体结构

近日,由北京高压科学研究中心的毛河光院士领导的研究小组,成功探测了在极端高压条件下的氢分子在原子尺度上的排布方式(此排布方式称作晶体结构)。该工作解决了长久以来对氢的高压第四相晶体结构的困惑。这项工作于9月26日发表在国际顶级科学杂志《自然》。

氢是宇宙中含量最丰富的元素。在压力作用下,氢气会首先固化结晶,然后演变出一系列的高密度固体相(同一物质的不同相是由于原子尺度上排布方式不同而造成的,例如柔软的石墨和坚硬的金刚石为碳的两个物性迥然不同的相)。

理论预测高压氢最终会演变为一种“神奇材料”。这种材料具有最高的能量密度,是室温超导体(导电时无电阻),是超流体能从低处向高处流动,甚至可能是由未知的新物理机制操控的一种新颖的凝聚态。

为了追求这种“神奇材料”,从上个世纪末至今,高压学者通过不懈努力,已经使高压技术所能达到的压力接近预想中这种材料的存在条件,并在这一过程中发现了许多种氢的高压新相。然而,测量氢在极端条件下的晶体结构仍是极度困难的,这导致氢的新高压相的结构无法确定。

毛河光院士带领的团队克服了一系列技术挑战,利用先进光子源(美国阿贡国家实验室)以及上海光源等同步辐射光子源(大型科学装置)所产生的高辉度X射线束,使得之前在X射线下‘隐形’的高压氢的结构得以测量,从而成功解出了氢第四相的晶体结构。令人惊讶的是,氢分子仍以六方对称排列(六方对称是类似雪花一样的六边形排列)。六方的氢晶体在高压下逐渐被压扁,从而导致电子结构的转变形成第四相。

“第四相是连接正常固体氢与奇特金属氢的一个关键物相,因而我们必须要理解它的晶体结构。”,本工作的第一作者吉诚研究员表示,“这项工作非常具有挑战,我们投入了五年的时间逐个攻破技术瓶颈,对于最终能够准确测量第四相的晶体结构,我个人感到非常兴奋。”。 

“极端条件下对氢的研究是物理学界的主要焦点之一,同时也是一个巨大的挑战。”毛河光院士补充道,“北京高压科学中心延揽了高压氢问题上的专家,我们的目标不单是发现新的氢的存在形式,更重要的是进行可靠的表征从而理解这些高压相所蕴含的新物理。此项工作就是这种精确表征的一例,为理解氢金属化的过程提供了新的手段。”

作者:yupvip 分类:文库 浏览:35 评论:0