再登《Nature》！金属氢相关研究获新突破

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6 倍，且结构对称性降低。

“这项工作的实验部分是个艰巨的技术攻坚， 我们从 2013 年开始做这个项目，用了第一个 6年突破了采集微弱信号的屏障，又花了6年时间实现对氢的复杂晶体结构的校验 。 这些实验突破固然离不开我们的坚持，更离不开国内外优秀的同步辐射团队的紧密合作与支持。” 吉诚研究员说到。

全球首个第四代同步辐射光源 MAX IV （左，来源： Johan Persson ）及氢在超高压下的单晶衍射数据（右，由论文原图 1f 改编）

为了更深入地理解实验所观测到的晶体结构的变化，吉林大学马琰铭院士（新任浙江大学校长）团队的刘寒雨教授主持了对结构模型的计算，通过采用先进的计算方法，最终确定了在高压下氢由原本六方密堆积的结构转变为一种混合层状结构，其中的一层氢具有类石墨烯的结构，氢分子由于分子间间距的减小出现某种程度的聚合。“这是一项非常重要的研究，对于进一步理解氢的高压结构以及对未来理论和实验协作探索金属氢的本质都具有重要的指导意义。”刘寒雨教授表示。

氢 IV 相的晶体结构示意图（左）及对该结构的路径积分分子动力学模拟（右）。由论文原图 3a 和 3b 改编。

利用晶体学方法直接证明氢在高压下形成聚合形态，对于理解氢的金属化有十分重要的意义。金属氢最早被诺贝尔物理学奖得主尤金·维格纳预测，基于当时的科学认识，金属氢被认为将形成一种类似于碱金属的体心立方结构。随着理论计算水平的不断提升，现代的计算结果揭示了更加复杂结构的可能性，并预测金属氢甚至可能是一种超导、超流的新的凝聚态。而目前发现氢分子在高压下发生聚合的事实预示着氢的金属化过程很可能并非一个解离的过程，而是氢分子在分子间相互作用不断增强的情况下逐步聚合的物理过程。最终，金属氢的奇异物性将被其独特的晶体结构决定，目前发展的实验和理论方法将有望在未来揭开金属氢晶体结构的神秘面纱。

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