金属氢

金属氢是一个相的氢，其中，它的行为就像一个电导体。1935年，尤金·维格纳(EugeneWigner)和希拉德·贝尔·亨廷顿(HillardBellHuntington)根据理论基础预测了这一阶段。

在高压和高温下，金属氢可以以液体而不是固体的形式存在，研究人员认为它可能大量存在于木星和土星的高温和重力压缩内部以及一些系外行星中。

木星图显示了行星内部的模型，岩石核心覆盖着一层液态金属氢（显示为洋红色），外层主要是分子氢。木星的真实内部成分是不确定的。例如，当热液态金属氢与熔融核心混合的对流流将其内容物带到行星内部的更高水平时，核心可能已经收缩。此外，氢层之间没有明确的物理边界——随着深度的增加，气体的温度和密度逐渐增加，最终变成液体。除了极光和伽利略卫星的轨道外，其他特征按比例显示。

尽管氢通常位于元素周期表中碱金属列的顶部，但在普通条件下，氢并不表现出碱金属的特性。相反，它形成双原子H2分子，类似于卤素和元素周期表第二周期中的一些非金属，例如氮和氧。双原子氢是一种气体，在大气压下，仅在非常低的温度下（分别比绝对零度高20度和14度）液化和固化。EugeneWigner和HillardBellHuntington预测，在大约25GPa（250,000atm；3,600,000psi）的巨大压力下，氢将显示出金属特性：而不是离散的H2分子（由绑定在两个质子之间的两个电子组成），体相将形成质子的固体晶格，并且电子在整个过程中离域。从那时起，在实验室中生产金属氢被描述为“......高压物理学的圣杯”。

最初对所需压力量的预测最终被证明太低了。自Wigner和Huntington的xxx项工作以来，更现代的理论计算指向更高但仍有可能实现的金属化压力，约为400GPa(3,900,000atm;58,000,000psi)。

Helium-4在常压下是接近xxx零的液体，这是其高零点能量(ZPE)的结果。稠密状态的质子的ZPE也很高，预计在高压下有序能（相对于ZPE）会下降。参数已提前由尼尔·阿什克罗夫特和其他人有一个熔点最高的压缩氢气，但也有可能是密度的范围内，在大约400GPA，其中氢将是一种液体金属，即使在低温下压力。

耿预测，质子的ZPE在500–1,500GPa(4,900,000–14,800,000atm;73,000,000–001)的压力下确实将氢的熔化温度降低到最低200–250K(-73–-23°C)。

在这个平坦区域内，可能存在介于液态和固态之间的元素中间相，它可以亚稳态到低温并进入超固态。

1968年，尼尔·阿什克罗夫特(NeilAshcroft)提出金属氢可能是一种超导体，最高可达室温（290K或17°C）。该假设基于传导电子和晶格振动之间预期的强耦合。这实际上可能在2019年初得到证实，在实验室中至少制造了两次金属氢，并且暂时观察到了250K迈斯纳效应，但没有得到Silvera等人和法国团队的独立验证。

亚稳态金属氢可能具有作为高效火箭推进剂的潜力，其理论比冲可达1700秒，尽管可能不存在适合大规模生产和常规大容量储存的亚稳态形式。

目前已知的物质“超”态是超导体、超流体液体和气体以及超固体。EgorBabaev预测，如果氢和氘具有液态金属态，它们可能具有不能归类为通常意义上的超导或超流体的量子有序态。相反，它们可能代表两种可能的新型量子流体：超导超流体和金属超流体.预计这种流体会对外部磁场和旋转产生非常不寻常的反应，这可能为Babaev预测的实验验证提供一种手段。也有人提出，在磁场的影响下，氢可能表现出从超导到超流的相变，反之亦然。

2009年，Zurek等人。预测合金LiH6只有在使氢金属化所需压力的四分之一时，它才会是一种稳定的金属，类似的效果应该适用于LiHn型合金和可能的“其他碱金属高氢化物系统”，即XHn型合金，其中X是碱金属。这后来在AcH8和LaH10中得到证实，Tc接近270K导致推测其他化合物甚至可能在室温超导性仅MPa压力下稳定。

在1996年3月，一组在科学家的LawrenceLivermore国家实验室报告，他们偶然产生的xxx识别地金属氢用于围绕微秒在温度十万开尔文，的压力超过100GPA（百万个大气压;15000000psi）的,密度约为0.6克/厘米3。该团队没想到会产生金属氢，因为它没有使用被认为是必要的固体氢，并且在高于金属化理论规定的温度下工作。之前的研究中，固体氢在金刚石砧内被压缩到高达250GPa（2,500,000大气压；37,000,000psi）的压力，并未证实可检测到金属化。该团队只是试图测量他们预期的不太极端的电导率变化。研究人员使用了1960年代的轻型气枪，最初用于导弹研究，将撞击板射入装有半毫米厚液态氢样品的密封容器中。液态氢与通向电阻测量装置的电线接触。科学家们发现，随着压力升至140GPa（1,400,000大气压；21,000,000psi），电子能带隙（电阻的量度）几乎降至零。氢在未压缩状态下的带隙约为15eV，使其成为绝缘体，但随着压力显着增加，带隙逐渐下降至0.3电子伏特。因为流体的热能（由于样品压缩，温度变为约3,000K或2,730°C）高于0.3eV，氢可能被认为是金属的。

许多实验正在实验室条件下在静态压缩和低温下继续生产金属氢。阿瑟·鲁夫和Chandrabhas纳拉亚纳从康奈尔大学于1998年，后来保罗Loubeyre和勒内LeToullec小卖部AL'的原子能，法国于2002年，已经表明，在接近那些在压力下的地球中心（320-340GPa或3,200,000–3,400,000atm）和100–300K(-173–27°C)的温度，由于非零带隙，氢仍然不是真正的碱金属。在实验室中低温和静态压缩下观察金属氢的探索仍在继续。对氘的研究也在进行中。哥德堡大学的ShahriarBadiei和LeifHolmlid在2004年表明，由激发态氢原子（里德堡物质）构成的凝聚态金属态是金属氢的有效促进剂。

ShantiDeemyad和IsaacF.Silvera通过使用脉冲激光加热发现了理论上预测的熔化曲线的xxx值（液态金属氢的先决条件）。富氢分子硅烷（SiH4）声称待金属化而成为超导由MIEremets等。.这种说法是有争议的，他们的结果没有重复。

2011年，Eremets和Troyan报告了在260-300GPa（2,600,000-3,000,000atm）的静态压力下观察到氢和氘的液态金属状态。这一说法在2012年受到其他研究人员的质疑。

于2016年10月5，朗高迪亚斯和伊萨克F.SILVERA哈佛大学发布的固体金属氢已经在实验室中在约495的压力下被合成的实验证据权利要求吉帕斯卡（4890000个大气压;71800000磅使用）金刚石砧细胞。该手稿于2016年10月发表，其修订版随后于2017年1月发表在《科学》杂志上。

在论文的预印本中，Dias和Silvera写道：

随着压力的增加，我们观察到样品的变化，从透明到黑色，再到反射金属，后者在495GPa的压力下进行研究......反射率使用德鲁德自由电子模型确定30.1eV的等离子体频率在T=5.5K时，相应的电子载流子密度为6.7×1023粒子/cm3，与理论估计一致。特性是金属的特性。固体金属氢已在实验室中产生。

—迪亚斯和西尔维拉(2016)

Silvera表示他们没有重复他们的实验，因为更多的测试可能会损坏或破坏他们现有的样本，但向科学界保证更多的测试即将到来。他还指出，最终会释放压力，以查明样品是否处于亚稳态（即，即使在释放压力后，它是否仍会保持其金属状态）。

在这一说法发表在《科学》上后不久，《自然》的新闻部门发表了一篇文章，指出其他一些物理学家对这一结果持怀疑态度。最近，高压研究界的知名人士批评了声称的结果，质疑声称的压力或在声称的压力下金属氢的存在。

2017年2月，据报道，声称的金属氢样品丢失了，因为它被夹在中间的金刚石砧座被夹住了。

2017年8月，Silvera和Dias对科学文章发布了勘误表，内容涉及由于受压天然钻石的光密度与其预压缩钻石砧座中使用的合成钻石的光学密度之间的差异而导致的修正反射率值。

2019年6月，Commissariatàl'énergieatomiqueetauxénergies替代品（法国替代能源和原子能委员会）的一个团队声称使用电子束加工生产的环形轮廓金刚石砧座制造了大约425GPa的金属氢。

2018年8月，科学家们宣布了关于流体氘在2000K以下从绝缘形式快速转变为金属形式的新观察结果。实验数据与基于量子蒙特卡罗模拟的预测之间发现了惊人的一致性，这是预期的是迄今为止最准确的方法。这可能有助于研究人员更好地了解巨型气体行星，如木星、土星和相关系外行星，因为这些行星被认为含有大量液态金属氢，这可能是它们观察到的强大磁场的原因。