我國科學(xué)家率先“看見(jiàn)”固體氫的最精細結構

2025/5/15 9:15:56    來(lái)源：新華社CNML文字

　　新華社北京5月14日電（記者張漫子）常溫常壓下，氫以氣體狀態(tài)存在。高壓下，氫結晶為固體。而超高壓下固體氫的原子排列方式一直是未解之謎。

　　14日，國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表一項重大突破：由中國科學(xué)家領(lǐng)銜的國際團隊用X射線(xiàn)納米探針首次“看見(jiàn)”固體氫的復雜晶體結構。這是目前世界上固體氫的最精細結構。

　　壓力的升高，使氫的晶體結構趨于復雜�！皻怏w氫的分子隨機散落在空間中。隨壓力升高（5GPa），氫分子像跳棋子一樣層層排列，形成固體氫。壓力再升高（212-245GPa），一部分氫原子會(huì )形成蜂窩狀排列，于是固體氫呈現更復雜的結構：跳棋子和蜂窩間隔著(zhù)層層疊起�！闭撐牡谝蛔髡�、北京高壓科學(xué)研究中心研究員吉誠說(shuō)。

　　為什么要“看見(jiàn)”固體氫？“金屬氫具有極高的能量密度，是氫核聚變的理想原料，應用潛力、戰略意義巨大，被稱(chēng)為‘高壓物理的圣杯’。想要找到金屬氫，研究固體氫是必經(jīng)之路�！备邏何锢韺W(xué)家、中科院外籍院士毛河光說(shuō)。

　　如果說(shuō)金屬氫是“圣杯”，那么高壓下固體氫結構就好比“圣杯”的杯座。此次中國科學(xué)家率先“看到”精細結構的固體氫，恰處于氣體氫變成固體氫之后、金屬氫形成之前的高壓狀態(tài)。

　　毛河光介紹，諾貝爾物理學(xué)獎得主維格納等人1935年預測，氫在極高壓下會(huì )變?yōu)榻饘贇�。后有物理學(xué)家提出，讓氫得以金屬化的壓力高達500GPa——這相當于一架停在針尖上的巨型噴氣式飛機對針尖施加的力。

　　“觀(guān)測金屬氫難度極大，因為氫金屬化所需的超高壓條件極為苛刻。我們將兩顆超鋒利的金剛石尖對尖，擠壓中間的氫分子。用高亮度的X光穿透金剛石照射在高壓氫上，X光與高壓氫相互作用，就好比給固體氫‘拍照片’，得以窺見(jiàn)原子如何排列�！奔�誠說(shuō)。

　　“晶體結構的研究應是金屬氫研究的核心。因為金屬氫的奇異特性取決于其特殊的原子排列�！泵�河光說(shuō)，這一發(fā)現對理解金屬氫的形成路徑與機制提供了關(guān)鍵依據。

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