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关于固态金属氢，20170126《Science》文章
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关注：
1) 固体金属氢
2) 金属氢化物
http://science.sciencemag.org/content/early/2017/01/25/science.aal1579/tab-pdf
http://blog.sciencenet.cn/blog-39731-1030772.html
Lab-Made 'Metallic Hydrogen' Could Revolutionize Rocket FuelMSN News
Scientists find a way to turn hydrogen into a metalBGR News via Yahoo News
Scientists create material that has never existed before on EarthNew York Post
Metallic hydrogen, once theory, becomes reality!
http://www.dnaindia.com/scitech/report-metallic-hydrogen-once-theory-becomes-reality-2298411
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这么令人鸡冻的新闻当然得关注一下。 作为刚刚转到mineral physics的学生稍微讲一讲之前讨论过的这篇文章吧。
合成金属氢一直是一个大难题，一是因为金属氢的phase boundary到现在都不确定。虽然Wigner和Huntington预测高压下会变成金属氢，但他们预测的压力可是50GPa都不到。
PS:这篇文章的二作之前发现了solid H2(III).
Knudson(2015)报道他们用shock-compress method在280-305GPa发现了liquid deuterium有了金属性质。不过金属氢的phase boundary还是没有能确定。
这次对于Dias和Silvera的疑惑主要还是来自于两方面。一是没有准确的压力测定。一般在DAC（就是他们用来压氢的那个仪器，用两个金刚石在很小的面积里施压因为P=F/A所以可以达到高压），测量压力是用Au,Ne,或者Ruby的unit cell parameter来计算压力。但是这三种材料都没有这么高压得calibration。而且他们根本没做XRD来测....
二是他们只使用了iPhone的摄像头来获得唯一的数据。听说已经有好几个组跟他们联络叫他们快去做XRD。他们说怕样品一移动金刚石碎了不愿意拿到芝加哥的APS去做XRD。无奈。
所以他们是不是合成了金属氢，还有待观察。毕竟很多人觉得突然变化的reflectivity是因为高压下Re（样品腔）发生了什么事也说不定。
当然如果是真的合成了金属氢...我只想说... 能让我看一眼不..
在历经近一个世纪之后，哈佛大学的科学家终于成功地将曾经的理论变为现实——他们创造了这个星球上最稀有的，也是最有价值的材料：金属氢！
这一材料，是由哈佛大学自然科学系教授伊萨克·席尔瓦拉（Issac Silvera）和他的博士后研究员兰加·迪亚兹（Ranga Dias）共同发现的。金属氢除了在实际用途上可以帮助科学家解答有关物质本质的基本问题之外，从理论上看，这一材料还拥有十分广泛的潜在功能，比如将其用作室温超导体(ashcroft)。
发现这一稀有材料的论文已发表于1月26日出版的《科学》杂志上。
哈佛大学自然科学教授伊萨克·席尔瓦拉（Issac Silvera）
“这一发现堪比高压物理学界的圣杯”，席尔瓦拉这样形容他的发现。“这是地球上第一个金属氢样品。同时也说明，当你在观察这一样品的时候，你看见的是一种世界上从未存在过的东西！”
为了得到金属氢，席尔瓦拉和迪亚兹颇费了一番功夫，因为氢的高压实验很难做。他们将一块微小的固态氢样品置于495千兆帕斯卡的高压下（大约相当于488万个大气压），这一数值甚至超过了位于地球中心的压力值。
在这一极端的外部压力下，分子氢的化学键将被打开，最终形成由氢原子为最小单位而组成的晶体氢，即具有金属性质的金属氢。
金刚石对顶砧产生的压力甚至超过地球中心压力
这项工作不仅帮助人们理解氢的一般性质提供了重要的新窗口，同时，它也为研究这一潜在的革命性新材料提供了前所未有的新途径。
席尔瓦拉说：“在有关金属氢的诸多预测中，其中最重要的预测即是该材料将是“亚稳态”，即材料本身并不处于平衡状态，但是却能维持相对稳定的状态。
这里所说的亚稳态金属氢（简称MSMH）将对金属氢的应用起到非常关键的影响。亚稳态金属氢的重要特性就是当压力撤除后，它并不会马上恢复成普通氢气。
打个不十分恰当的比方，这有点类似于人们利用石墨在高温和高压条件下制备金刚石，当恢复到常温常压之后，金刚石仍然会保持金刚石的状态，而不会变回石墨。
石墨与金刚石
席尔瓦拉表示，判定这种材料是否稳定任然是一个十分重要的课题。因为之前的预测表明，金属氢可能是一种室温环境（约17摄氏度）下的超导体(Ashcroft)。
“这将是革命性的发现，”席尔瓦拉教授接着说道。 “在buzz电网中，有多达15％的能量在电力输送环节就被损耗了，因此如果能利用这种材料制成电缆，并且将其用于电网之中，将完全扭转这一现状。”
迪亚兹说，室温超导体绝对可以称作物理学界的“圣杯”。它可以彻底变革我们的运输系统，使得磁悬浮高速列车成为可能。同时，它还能使电动汽车更有效率，并改善许多电子设备的性能。
金属氢还能为能量的产生与存储带来重大变革——因为超导体具有零电阻的特点，因此能量可以通过超导线圈中的电流进行存储，然后在需要时使用。
在压力足够的条件下，透明氢分子转变为黑氢半导体，再转变为金属氢原子
金属氢不仅具有变革人类在地球上生活的巨大潜力，同时作为世界上已知的最强力的火箭推进剂，它还将帮助人类探索遥远的太空。
席尔瓦拉解释道，“金属氢的制备消耗了大量的能量。因此，如果将它转化回氢分子，将释放所有蕴藏的能量，这将使得金属氢成为人类已知的最为强大的火箭推进剂，并彻底的变革航天领域。”
衡量火箭燃料燃烧效率的单位是“比冲量”，即推进剂从火箭后方喷射的速度，它的单位是秒。目前，最为强大的液态推进器的比冲为450秒，而金属氢的理论比冲竟达到了1700秒。
席尔瓦拉说，“这将使得探索外行星变得轻松许多。金属氢的重要性体现在：火箭的发射阶段将从现在的两个减少到一个。与此同时，我们还能够将更大的有效载荷送入轨道。”
此外，为了达到能够创造这一全新材料的苛刻条件，席尔瓦拉和迪亚兹选择了地球上最为坚硬的一种材料———金刚石。
但是，他们所使用的金刚石并不是天然钻石，而是两块经过精心抛光的合成金刚石。这两块金刚石在使用之前经过了特殊处理，使其变得更加坚固。随后，这两块金刚石相对地安装在金刚石对顶砧上。
图中的上下两颗金刚石对顶砧压缩氢分子，在压力足够的条件下，样本转化为右图的氢原子。
席尔瓦拉说，“我们使用钻石粉对金刚石的表明进行了抛光处理，但是它可能会破坏金刚石表面的结构，剥离碳原子。当我们使用原子力显微镜对钻石表面进行观察时，我们发现了一些缺陷。而这些缺陷可能会削弱材料的强度，并有可能引起材料的断裂。”
席尔瓦拉继而介绍说，为了解决这一问题，他们使用了反应离子蚀刻工艺，从金刚石的表面刮削出一层仅为5微米厚的微小薄层 —— 该厚度仅为人类头发直径的十分之一。随后，他们将金刚石的表面涂覆上了一层氧化铝薄层，以防止氢扩散到金刚石晶体结构中，引起材料脆化。【涂上Al2O3阻氢层？！】
在经过长达四十多年的不懈耕耘后，席尔瓦拉坦言，他第一次亲眼见证这一材料，内心无比激动。这一天，距离金属氢第一次在理论层面上提出，已经过去了近一个世纪！
博士后研究员兰加·迪亚兹（Ranga Dias）与本次发现使用的实验设备
他说，“这真的十分让人激动。那时候研究团队正在进行实验，大家都认为我们很有可能实现这一目标。后来他们给我打电话说，‘样品闪闪发光！’我马上跑下去看，发现真的是金属氢！”希尔瓦拉教授激动地回忆道。“我立即说，我们必须进行测量确认，所以我们随后重新安排了实验室......我们就是这么做的。”
“这是一项无与伦比的成就，即使金属氢只能在这种金刚石对顶砧中存在，这一发现都可以称得上是至关重要的革命性成果。"
编辑：胡仲略
参考论文：http://science.sciencemag.org/content/early/2017/01/25/science.aal1579
如果有越多科学家得出同样的结果，那么这个结果就越令人信服。反过来说，当只有一队科学家对单一观察有所发现的时候，那么这其实很可疑。
年度最大头条之一宣称科学家们已经达到了他们追求八十余年的壮举：将氢气变成金属。其他科学家们已经对此表示怀疑。
哈佛的一队研究员们在绝对零度5.5开的温度下，用金刚石挤压氢气时观察到了这种情况。这些科学家们在挤压氢气的时候，发现透明的氢气变黑了。最后，在500万倍大气压下，氢气开始反光。研究人员们认为这说明氢原子已经被挤压成了金属的常规结构，这一现象最先由物理学家Hillard Huntington和Hillard Huntington于1935年预测。
观察到氢气的金属态之所以重要，不仅是因为它能够解决长期存在的科学之谜，还因为这种材料的潜力。该研究的作者们表示它可以作为一种强力喷射剂还可能会给火箭学带来变革。该研究被发表在了《科学》在线期刊上。这种材料将会处于亚稳态，这意味着只要维持让它变成这种状态的气压不变，那么它就会一直是金属态，直到某些外界影响将它重新变成普通氢气。
金属般的氢气还可能会给行星科学带来重要影响，按照这一理论来说木星可能会有一个金属氢核，届时朱诺号探测器也有希望检测到它的存在。
这并不是科学家们第一次号称已发现金属氢。德国科学家们也曾在2012年宣称发现金属氢，但当时被批判得体无完肤。那些科学家们很快后悔其宣告的大胆，并随后表示他们的研究可能创造出了金属氢。哈佛科学家们的论文中也出现了这些德国人的发现，因此才使得其他科学家开始质疑。
法国原子能委员会的物理学家Paul Loubeyre说道：“我不认为这一研究有说服力。”
《自然》采访的科学家们则表示难道因为你的样本曾经反光过你就觉得它是金属了吗？还是再试试吧。他们认为反光可能是金刚石的氧化铝涂层在极端压力下的不同反应。其他研究员则注意到哈佛的研究人员只做过一次详细测量。那科学家们究竟要重复多少次这样的结果才行呢？
爱丁堡大学物理与天文系的物理学家Eugene Gregoryanz表示：“你有了一个如此大胆的结论，为什么不去重复实验呢？”
该实验的氢气样本仍在坐等将来的实验
一月份science上面报道了一篇495GPa高压下制备金属氢的文章，我本人是高压物理的门外汉，想请教几个小问题：
1. 对于495GPa的高压，这篇文章中这个数值是新的记录吗？国内利用DAC哪个单位可以获得最高值？大概有多少？或者如此高压的难度在哪里，是对金刚石的加工吗？
2. 这篇文章据说是凝聚态物理届的一个突破，那对于之前国内外科研团队，这篇文章的具体突破创新在哪里？是因为他在高压上突破，还是说对于高压400GPa以上的测量标定有所突破？还是说再工艺上哪方面更加先进，难度在什么地方？
3.对于金属态的测定，作者主要是利用反射比来确定，还有个particle density，单纯这两种方法说服力大吗？
4.对于合成之后金属态氢，好像作者并没有描述取出之后的表征，能否像金刚石一样，降到常压之后依然保持金刚石形态吗？
请各位大神科普赐教！拜托了！:hand:
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好像国内以前中科院物理所和清华物理系的几个老师做过在两面顶或六面顶压机上类似的碳纳米管高压转变的工作。最高的压力值也就十来个GPa左右。几百个高压下，对金刚石压砧的强度、对传递压力的叶腊石、白云石之类的 ...
1。DAC最高已经TPa压力了，好像是英国人做的。对这篇文章有不同意见
http://newatlas.com/metallic-hydrogen-superconductor-harvard-diamonds/47612/
国内最高压力我知道的是318GPa，不过没有发表。
国内DAC要看崔启良为首的吉大和毛河光带领的北京高科
DAC样品一般取不出来了吧，几十微米尺度的东西，就像去表征一颗特定的PM10灰尘
氢材料放入DAC是相当麻烦且危险的技术，做到这么高压力应该会废掉几十对金刚石才能取得较好的数据。
这种DAC加上x射线衍射和Raman，加起来价钱得多少？还有个疑问，那金刚石是一次性的还是可以多次使用？...
拉曼系统两百来万吧
DAC本身成本很低，所以很多学校老师弄几个学生就能玩起来，但要做好就但尽人事各凭天命了
https://blog.sciencenet.cn/blog-567091-1034312.html
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好像国内以前中科院物理所和清华物理系的几个老师做过在两面顶或六面顶压机上类似的碳纳米管高压转变的工作。最高的压力值也就十来个GPa左右。几百个高压下，对金刚石压砧的强度、对传递压力的叶腊石、白云石之类的材料要求极为苛刻。说的突破是指制备出了常温常压条件下的亚稳态金属氢材料。难度在于如此高压的稳定可靠地施加和测量。楼主说的第3点不清楚。第四点而言，去除压力后可以像金刚石一样以亚稳态的材料形式存在。