鹵與氫分子具有很多共性，都以單鍵相連形成雙原子分子，它們在高壓下的行為也被認為是相似的，在最近出版的Nature Communications（Band gap closure, incommensurability and molecular dissociation of dense chlorine）上，來自北京高壓科學研究中心的科學家與合作者一起報道了氯在高壓下實現(xiàn)了金屬化，在更高壓力下解離成原子形式，并呈現(xiàn)金屬態(tài)。

這一發(fā)現(xiàn)為理論上普遍認為的固態(tài)氫在高壓下分子形式的金屬化和解離后原子氫的存在提供了借鑒和實驗佐證。

研究者將氯壓縮至300 GPa（三百萬大氣壓）以上，利用可見光吸收光譜觀察到帶隙隨壓力施加而逐漸減小，最終在200 GPa附近完全閉合， 這一發(fā)現(xiàn)被認為是氯分子金屬化出現(xiàn)的特征。當壓力進一步增加到241 GPa時，拉曼光譜上顯示出所有分子振動模式的消失，意味著氯分子鍵的斷裂—氯分子被解離成原子形式，此時仍具有金屬特性，為原子態(tài)金屬。

論文的第一作者Philip Dalladay-Simpson博士為北京高壓科學研究中心的新聘研究員，曾是固態(tài)氫在高壓下第V相的發(fā)現(xiàn)者，該相被認為是原子金屬氫的前驅(qū)。這次氯的金屬化的發(fā)現(xiàn)和原子形式的存在，對最終獲得固態(tài)金屬氫具有重要的借鑒意義。

論文的共同通訊作者同為北京高壓科學研究中心的Ross Howie研究員說，“超高壓技術的困難以及氯本身的毒性和化學活性使得氯的高壓實驗研究面臨巨大的挑戰(zhàn)，這次氯的金屬化的發(fā)現(xiàn)對認識同族的其他元素在高壓下的物理性質(zhì)，以及類似的雙原子分子在高壓下的存在形式，乃至可能出現(xiàn)的超導電性都具有重要意義”。

北京高壓科學中心是國際上以高壓科學的關鍵問題為研究對象，致力于超高壓下樣品表征與探測和技術發(fā)展的研究單位。目前的實驗發(fā)現(xiàn)是他們在地球深部氫與氧的循環(huán)、新礦物FeO2，氧的可變價態(tài)，高密度非晶態(tài)水，新型超導體等等之后的又一重大發(fā)現(xiàn)。

圖解：極端壓力下氯氣分子（Cl2） 的解離。

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責任編輯：殷鵬飛