科學家發現類石墨固態氫

據fuelcellsworks報道：近日，英國的研究人員宣布其發現了一種新的類石墨氫相，氫分子中的H-H結合鍵斷裂
，氫原子形成六元環。這種在極高壓力下出現的類石墨氫的發現，使得長期以來對金屬氫的探索邁出了更重要的一步。

對金屬氫的探索始於19世紀末，當時有化學家指出，位於元素周期表中堿金屬族最頂端的氫元素應該形成一種金屬。1935年
，物理學家Eugene Wigner與Hillard Bell Huntington預測氫在高壓（約25GPa）下xia將jiang形xing成cheng一yi種zhong金jin屬shu固gu體ti，但dan是shi之zhi後hou的de實shi驗yan中zhong卻que沒mei有you發fa現xian在zai此ci壓ya力li下xia氫qing有you金jin屬shu化hua的de跡ji象xiang，即ji使shi之zhi後hou的de實shi驗yan中zhong采cai用yong了le更geng高gao的de壓ya力li。實shi際ji上shang，德de國guo馬ma普pu化hua學xue研yan究jiu所suo的deMikhail Eremets與Ivan Troyan曾宣布證實在260GPa的高壓下可以形成金屬氫
，但其他科學家認為這一結論不可靠。

金屬氫之所以具有誘惑力是因為其重要的用途。例如，有人認為這種材料可應用於室溫下的超導體中
，從而實現無損能量傳輸。

氫在極高壓下可形成類石墨結構

最近
，英國愛丁堡大學的科學家發現了一種新型的固態氫相，他們認為這一發現是金屬氫研發邁出的重要一步。將氣態氫冷卻可以得到三種固態氫相：第一種是形成由自由旋轉的分子組成的密排結構；第二種固相與第一種相似
，但存在一定程度的定向有序性；第三種固相中的H-H鍵jian結jie合he非fei常chang弱ruo
，此ci相xiang中zhong的de氫qing一yi部bu分fen是shi以yi原yuan子zi鍵jian結jie合he的de，而er不bu是shi以yi分fen子zi為wei單dan位wei存cun在zai。沒mei有you人ren能neng確que定ding在zai氫qing的de相xiang圖tu中zhong
，臨lin界jie點dian附fu近jin三san相xiang相xiang交jiao的de區qu域yu內nei，第di三san種zhong相xiang之zhi外wai會hui發fa生sheng什shen麼me。

研究者們將氫和重氫（氘）的樣品置於315GPa
、300K的金剛石反應室內，通過采用拉曼光譜測試偏振頻率
，得到H-H鍵的強度
，來衡量其中的氫是否以分子形式存在。他們發現，在220GPa的壓力下
，樣品的主偏振頻率迅速降低並出現了與初始頻率相同的第二偏振。

這與一位科學家關於新相的預測結果非常接近：氫原子形成不規則的六元環類石墨層

，這就可以解釋為什麼固相中的偏振頻率較低
；而散布的自由氫分子的存在則解釋了第二偏振的出現。這些均勻的類石墨層結構使其呈現出半金屬性質。

雖然此研究中測得的1.8eV的電子能階與金屬的能階相比仍然太大了，但是研究中所采用的實驗技術可以用於未來的研究中。