重磅：山东大学提出制备“金属氢”新方法！

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相信大家还记得2017年哈佛大学在《Science》发文称制备出“金属氢”，轰动全球，只是后来该“金属氢”样品莫名奇妙地消失了。在掌握气态、液态、固态的制备方法后，如何制备“金属氢”是科学界正努力攻关的难题。近期，山东大学赵明文教授团队提出利用碳纳米管高机械强度的特点，在碳纳米管中以相对“较低”的压力制备与保护准一维“金属氢”，并由此发展出相应的理论模型。这项理论成果日前在Nano Letters 上（一区TOP期刊，IF=12.712）《纳米快报》发表。

论文链接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/full/10.1021/acs.nanolett.9b00258

自1935年Wigner 和 Huntington预言高压下“金属氢”的存在以来，“金属氢”一直是人们梦寐以求的目标，被称为高压物理的“圣杯”。“金属氢”的一个重要性质是它的超导特性。理论计算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1万倍大气压），“金属氢”具有接近室温的超导特性（TC ∼242K）。但是，如此高的压力对于实验是一个极大的挑战，令实验论证步履维艰。2017年，哈佛大学的课题组在实验室里成功制造出495 GPa的超高压力，首次报道了真正意义上的“金属氢”轰动全球（→《Science》氢气首次被压缩制成金属氢！可能用作室温超导体！），可惜后来该“金属氢”的样品莫名奇妙地消失了（→地球上唯一金属氢为何神秘消失？院士质疑哈佛大学）。因此，如何在相对“较低”的压力下获得“金属氢”，成为目前的一个重要研究方向。

图1 哈佛报道的金刚石高压砧正在压缩分子态氢气的示意图。在更高的压力下，分子态氢会转变为原子态氢，如右侧小图所示。

最近，山东大学夏曰源教授、赵明文教授与合作者，提出了一种制备“金属氢”的新方法：利用碳纳米管高机械强度的特点，在碳纳米管内形成超高密度的准一维“金属氢”。碳纳米管不仅可以保护稍纵即逝的“金属氢”，而且能有效地降低氢金属化的临界压力，在相对“较低”的压力下实现氢的金属化和超导特性。

图2 超导的临界温度接近室温

该成果表明，基于量子力学第一性原理的分子动力学模拟显示，束缚于碳纳米管的准一维氢在163.5 GPa （即163.5万倍大气压）下就可以变成金属，其超导的临界温度（TC ∼225 K）也接近室温。该研究团队在Eliashberg 超导理论的基础上，发展了相应的理论模型，成功解释了准一维“金属氢”的超导特性。这项理论成果为实验上制备和研究常温超导体“金属氢”提供了新的方案。