固态氢

固态氢是元素氢的固态，通过将温度降低到氢的熔点 14.01 K（-259.14 °C；-434.45 °F）以下来实现。 它于 1899 年由 James Dewar 首次收集，并以 Sur la solidification de l'hydrogène（英文：On the solidification of hydrogene）为题发表于 Annales de Chimie et de Physique，第 7 辑，vol. 18, Oct. 1899. 固态氢的密度为 0.086 g/cm3，是密度最低的固体之一。

在低温和高达约 400 GPa 的压力下，氢形成一系列由离散的 H2 分子形成的固相。 xxx阶段发生在低温和低压下，由自由旋转的 H2 分子的六角密排排列组成。 在低温下增加压力后，会在高达 110 GPa 时转变为阶段 II。 II 相是一种对称性破缺结构，其中 H2 分子不再能够自由旋转。 如果在低温下进一步增加压力，则在约 160 GPa 时会遇到 III 相。 在升高温度时，在高于 220 GPa 的压力范围内，在几百开尔文的温度下会发生向 IV 阶段的转变。

识别固体氢分子不同相的原子结构极具挑战性，因为氢原子与 X 射线的相互作用非常微弱，在金刚石砧座中只能获得少量固体氢样品，因此 X 射线衍射提供的信息非常有限 有关结构的信息。 然而，可以通过寻找样品拉曼光谱的突然变化来检测相变。 此外，原子结构可以从实验拉曼光谱和xxx性原理建模的组合中推断出来。

密度泛函理论计算已用于搜索每个相的候选原子结构。 这些候选结构具有低自由能和与实验光谱一致的拉曼光谱。 然后使用量子蒙特卡罗方法和非谐振动效应的xxx性原理处理来获得这些结构的相对吉布斯自由能，从而获得与实验合理定量一致的理论压力-温度相图。 在此基础上，Phase II被认为是P21/c对称的分子结构； III 相是（或类似于）C2/c 对称结构，由扭曲的六边形排列的分子平面层组成； IV 相是（或类似于）Pc 对称结构，由交替的强键合分子层和弱键合的类石墨烯层组成。