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重磅：山東大學(xué)提出制備“金屬氫”新方法！

2019-04-03 09:30:51 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科學(xué)與工程，綜合參考山東大學(xué)，新華社，納米快報等資料分享至：

相信大家還記得2017年哈佛大學(xué)在《Science》發(fā)文稱制備出“金屬氫”，轟動全球，只是后來該“金屬氫”樣品莫名奇妙地消失了。在掌握氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的制備方法后，如何制備“金屬氫”是科學(xué)界正努力攻關(guān)的難題。近期，山東大學(xué)趙明文教授團隊提出利用碳納米管高機械強度的特點，在碳納米管中以相對“較低”的壓力制備與保護準(zhǔn)一維“金屬氫”，并由此發(fā)展出相應(yīng)的理論模型。這項理論成果日前在Nano Letters 上（一區(qū)TOP期刊，IF=12.712）《納米快報》發(fā)表。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/full/10.1021/acs.nanolett.9b00258

自1935年Wigner 和 Huntington預(yù)言高壓下“金屬氫”的存在以來，“金屬氫”一直是人們夢寐以求的目標(biāo)，被稱為高壓物理的“圣杯”。“金屬氫”的一個重要性質(zhì)是它的超導(dǎo)特性。理論計算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1萬倍大氣壓），“金屬氫”具有接近室溫的超導(dǎo)特性（TC ?242K）。但是，如此高的壓力對于實驗是一個極大的挑戰(zhàn)，令實驗論證步履維艱。2017年，哈佛大學(xué)的課題組在實驗室里成功制造出495 GPa的超高壓力，首次報道了真正意義上的“金屬氫”轟動全球，可惜后來該“金屬氫”的樣品莫名奇妙地消失了。因此，如何在相對“較低”的壓力下獲得“金屬氫”，成為目前的一個重要研究方向。

圖1 哈佛報道的金剛石高壓砧正在壓縮分子態(tài)氫氣的示意圖。在更高的壓力下，分子態(tài)氫會轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)氫，如右側(cè)小圖所示。

最近，山東大學(xué)夏曰源教授、趙明文教授與合作者，提出了一種制備“金屬氫”的新方法：利用碳納米管高機械強度的特點，在碳納米管內(nèi)形成超高密度的準(zhǔn)一維“金屬氫”。碳納米管不僅可以保護稍縱即逝的“金屬氫”，而且能有效地降低氫金屬化的臨界壓力，在相對“較低”的壓力下實現(xiàn)氫的金屬化和超導(dǎo)特性。

圖2 超導(dǎo)的臨界溫度接近室溫

該成果表明，基于量子力學(xué)第一性原理的分子動力學(xué)模擬顯示，束縛于碳納米管的準(zhǔn)一維氫在163.5 GPa （即163.5萬倍大氣壓）下就可以變成金屬，其超導(dǎo)的臨界溫度（TC ?225 K）也接近室溫。該研究團隊在Eliashberg 超導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，發(fā)展了相應(yīng)的理論模型，成功解釋了準(zhǔn)一維“金屬氫”的超導(dǎo)特性。這項理論成果為實驗上制備和研究常溫超導(dǎo)體“金屬氫”提供了新的方案。

該研究成果中，山東大學(xué)物理學(xué)院夏曰源教授和趙明文教授分別為文章的第一作者和通訊作者，化學(xué)與化工院馬玉臣教授為共同通訊作者，山東大學(xué)為唯一完成單位。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會、晶體材料國家重點實驗室和山東大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費的支持。

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責(zé)任編輯：韓鑫