地球上唯一金属氢为何神秘消失?院士质疑哈佛大学

哈佛大学物理学家造出地球上首块金属氢一事再遭质疑。“哈佛大学称其将压力做到495GPa，几乎是海平面大气压的500万倍，从而得到世界上首块金属氢。他们量压力的方法，经不起考验。照他们的数据看，应该没有超过300GPa的压力。”美国国家科学院院士、英国伦敦皇家科学院外籍院士、中国科学院外籍院士、国际著名高压物理专家毛河光22日接受科技日报记者采访时表示。

从上往下，氢由气态向金属态转变

自1935年科学家首次预测用足够的压力挤压，氢就呈现出金属态特征——导电性以来，在实验室里制备金属氢一直被誉为高压物理学的“圣杯”。

近日，毛河光在《美国科学院学报》发表文章称，该团队使用了一种“掺杂”了氩原子的氢化合物Ar（H2）2，该化合物常用于建立一种“预压缩”形态并促进金属氢的形成。然而，在360GPa下，纯氢和掺杂氩原子的氢都没有变金属。“哈佛大学的研究结果非常值得怀疑”，他说。

该事件的另一疑点在于，哈佛大学宣称，考虑到金属氢的不稳定性，他们在钻石压砧上镀了一层氧化铝薄膜护住钻石，以免钻石在巨大压力下变脆碎裂。也就是说，他们对金属氢样本的观测均是透过钻石以及氧化铝薄膜进行。

“这样一来，即便观察到反光闪亮物质，也不见得是金属氢。”毛河光说。《自然》杂志也曾报道称，闪亮的金属可能是氧化铝，氧化铝在高压下也可能有不同的表现。此外，研究人员只在最高压力下对样品进行了一次极简单的测量，使人们难以看出压力在实验过程中是如何变化的，甚至怀疑样品中的氢漏掉了。

正当业界高呼哈佛大学应进行进一步的验证性实验，哈佛大学研究人员却以“验证性实验可能会破坏他们宝贵的样本”为由，“只是想在验证实验前先将消息公之于众”。让该事件更为扑朔迷离的是，论文发表后不足一个月，该团队对外宣称，因操作失误，这块样本消失了。

毛河光说，从目前的理论计算和实验研究来看，金属氢在常压下很可能是不稳定的。为解决金属氢的稳定性，还需要在高压下对金属氢的物理性质进行测试研究，并建立较大体积的超高压实验装置等。

“除了研究如何实现氢的金属化转变外，更重要更难的是得到常压下稳态的金属氢，这是金属氢研究中一个必须解决的问题，也是使金属氢实用化的关键。”他说。

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据国外媒体报道，近日，美国科学家成功将氢气压缩制成“金属氢”，这是一种全新的材料，可以用于制造室温中使用的高效率电导体。

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。

这项成果发表在近期的《科学》（Science）杂志上，首次证实了物理学家希拉德·亨廷顿（Hillard Bell Huntington）和尤金·维格纳（Eugene Wigner）在1935年提出的理论，即常温时呈气态的氢可以在极端高压下转变为金属态。

一直以来，许多研究团队都在金属氢的开发上展开竞争。这种新材料具有作为超导体的潜力，因而备受关注。目前，在磁共振成像（MRI）等领域中使用的超导体需要借助液氦进行冷却，使其保持在极低的温度，成本高昂。“这是高压物理学的‘圣杯’，”论文作者之一、哈佛大学的物理学家伊萨克·席维拉（Isaac Silvera）说，“这是地球上首次获得的金属氢样品，因此当你看着它时，你看到的是一种从未在地球上存在过的东西。”                             

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学教授大卫·塞珀利（David Ceperley）表示，这一成果如果被证实，就意味着几十年来对氢转化为金属的探索告一段落，也表明人类对宇宙中最常见元素的了解更进了一步。大卫·塞珀利并未参与这项研究。

为了获得金属氢，席维拉教授和博士后研究人员朗加·迪亚斯（Ranga Dias）将一小份氢样品放在相当于490万标准大气压的压力（每6.5平方厘米3250万千克）之下，这比地球中心处的压力还大。

研究人员利用合成金刚石制成的高压砧对氢气进行压缩。他们对金刚石做了特殊处理，使它们在压缩时不会碎裂，这一问题在此前的实验中曾经出现过。“通常金刚石在这种强度下就会碎裂，”塞珀利教授说，“这也是该研究花费这么多年的原因所在。席维拉想出了金刚石成形和抛光的新方法，使它们不致碎裂。”

目前的关键问题是，压缩后的氢是否能在室温下保持金属态？这在未来的超导体应用中极为重要。塞珀利教授和席维拉教授都对此表示乐观，但这还需要更多的实验来证实。

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来源：中国科技网、新浪科技。编辑：明轩

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