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氫是宇宙中含量最豐富的元素。在壓力作用下，氫氣會(huì)首先固化結(jié)晶，然后演變出一系列的高密度固體相（同一物質(zhì)的不同相是由于原子尺度上排布方式不同而造成的，例如柔軟的石墨和堅(jiān)硬的金剛石為碳的兩個(gè)物性迥然不同的相）。

理論預(yù)測(cè)高壓氫最終會(huì)演變?yōu)橐环N“神奇材料”。這種材料具有最高的能量密度，是室溫超導(dǎo)體（導(dǎo)電時(shí)無(wú)電阻），是超流體能從低處向高處流動(dòng)，甚至可能是由未知的新物理機(jī)制操控的一種新穎的凝聚態(tài)。
為了追求這種“神奇材料”，從上個(gè)世紀(jì)末至今，高壓學(xué)者通過(guò)不懈努力，已經(jīng)使高壓技術(shù)所能達(dá)到的壓力接近預(yù)想中這種材料的存在條件，并在這一過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多種氫的高壓新相。然而，測(cè)量氫在極端條件下的晶體結(jié)構(gòu)仍是極度困難的，這導(dǎo)致氫的新高壓相的結(jié)構(gòu)無(wú)法確定。

近日，由北京高壓科學(xué)研究中心的毛河光院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，成功探測(cè)了在極端高壓條件下的氫分子在原子尺度上的排布方式（此排布方式稱作晶體結(jié)構(gòu)）。該工作解決了長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)氫的高壓第四相晶體結(jié)構(gòu)的困惑。這項(xiàng)工作于9月26日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)科學(xué)雜志《自然》上。

利用先進(jìn)光子源（美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）以及上海光源等同步輻射光子源（大型科學(xué)裝置）所產(chǎn)生的高輝度X射線束，毛和光院士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)克服了一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，使得之前在X射線下‘隱形’的高壓氫的結(jié)構(gòu)得以測(cè)量，從而成功解出了氫第四相的晶體結(jié)構(gòu)。令人驚訝的是，氫分子仍以六方對(duì)稱排列（六方對(duì)稱是類似雪花一樣的六邊形排列）。六方的氫晶體在高壓下逐漸被壓扁，從而導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變形成第四相。

圖解: 圖中兩顆對(duì)頂?shù)慕饎偸环Q作金剛石對(duì)頂砧，用來(lái)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百萬(wàn)大氣壓的壓力。高亮度的同步輻射X射線穿透金剛石照射在高壓氫上，高壓氫與X射線相互作用產(chǎn)生的信息顯示了氫在原子尺度的排列方式，亦即晶體結(jié)構(gòu)。

 “第四相是連接正常固體氫與奇特金屬氫的一個(gè)關(guān)鍵物相，因而我們必須要理解它的晶體結(jié)構(gòu)?！?，本工作的第一作者吉誠(chéng)研究員表示，“這項(xiàng)工作非常具有挑戰(zhàn)，我們投入了五年的時(shí)間逐個(gè)攻破技術(shù)瓶頸，對(duì)于最終能夠準(zhǔn)確測(cè)量第四相的晶體結(jié)構(gòu)，我個(gè)人感到非常興奮。”。 
“極端條件下對(duì)氫的研究是物理學(xué)界的主要焦點(diǎn)之一，同時(shí)也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?！泵凸庠菏垦a(bǔ)充道，“北京高壓科學(xué)中心延攬了高壓氫問(wèn)題上的專家，我們的目標(biāo)不單是發(fā)現(xiàn)新的氫的存在形式，更重要的是進(jìn)行可靠的表征從而理解這些高壓相所蘊(yùn)含的新物理。此項(xiàng)工作就是這種精確表征的一例，為理解氫金屬化的過(guò)程提供了新的手段?！备?a href="http://jbmtpc.com" target="_blank">濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問(wèn)jbmtpc.com