重磅：山东大学提出制备“金属氢”新方法！

来源：材料科学与工程

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。

该研究成果中，山东大学物理学院夏曰源教授和赵明文教授分别为文章的第一作者和通讯作者，化学与化工院马玉臣教授为共同通讯作者，山东大学为唯一完成单位。研究工作得到了国家自然科学基金委员会、晶体材料国家重点实验室和山东大学基本科研业务费的支持。