[科普中国]-金属态氢

金属态氢是一种简并态物质，是双原子分子H2的同素异形体。当氢气被充分压缩，经过相变后便会产生金属氢。 金属态氢是由原子核（即质子）组成的晶体结构，其原子间隔小于玻尔半径，与电子波长长度相当（参见德布罗意波长）。电子脱离了分子轨道，表现为一般金属中的传导电子。而在液态氢中，质子没有晶格次序，质子和电子组成液态的系统。

2016年1月，英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成“第五状态氢”，即氢的固体金属状态。

早在80多年前，这种状态的氢首次在理论中被提出。从40多年前开始，科学家们一直在努力尝试再造这种状态的氢，但均未能成功。2016年1月，英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧对氢实施压缩到前所未有的高压状态，从而证实了这种罕见的“金属态氢”的存在。“金属态氢”状态不稳定，科学家此前也从未见过“金属态氢”。1

氢在高压挤压下，会变成有良好导电性质的液体。根据理论推测，土星和木星等类木行星的内部，就有液态金属氢。

虽然氢元素位于元素周期表碱金属列头，但氢气在常态下并不是碱金属。在1935年，物理学家尤金·维格纳和Hillard Bell Huntington预测，在250,000个大气压（约25GPa）下，氢原子失去对电子的束缚能力，呈现出金属性质。此后的实验表明，对压力的最初假设不足。理论计算表明使氢氧金属化需要更高的压力，但是仍然是可通过实验可得到的。

N. W. Ashcroft提出，金属氢在常温下（290K）也可能是超导体。

质子质量是He的四分之一大。在常压下，由于高零点能，质子在绝对零点附近也呈现液态。同样的，质子在密集的状态下，零点能也很高，在高压缩状态下，有序能会降低。压缩氢的最高熔点目前还处于争论之中。

世界各国正通过多种途径来产生超高压制取金属氢。比较成熟的有两种方法，一种叫动态压缩法，即是从强磁场中采用快速冲击压缩，获取高压来制取金属氢。另一种叫静态压缩法，即产生100～200万大气压的静态高压，压缩液氢来制造金属氢。

英国爱丁堡大学科学家为了达到“第五状态”，研究团队所实现的压力相当于325万个地球大气压。科学家们利用激光显微拉曼光谱仪观测到了这种状态的变化，从而通过实验证明了氢的这种不寻常特性。1

金属氢被认为会存在于一些大质量的行星内部，如木星，土星，和一些新发现的太阳系外行星等，由于行星内部实际温度要高于以前的理论预测，因此，金属氢可能比预计的更多和更靠近行星表面。1

有可能产生大量的金属氢的实际用途。有理论称亚稳态金属氢（简称MSMH）在压力释放之后，可能不会立即恢复成普通氢气。

MSMH是个有效而且干净的能源，最终产物只有水。MSMH燃烧时，会比普通氢气更剧烈，将会释放九倍于普通氢，五倍于目前航天飞机燃料（液态H2/O2）的效果。

2016年一月英国科学家在爱丁堡大学，利用钻石对顶钻的高压，制造出了金属氢，从而证明其存在。2

英国爱丁堡大学科学家近日利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成“第五状态氢”，即氢的固体金属状态。这是一种新的物质形态，这种状态的氢通常存在于大型行星或太阳内核之中，分子分离成单原子，电子的行为特征像金属电子一样。

早在80多年前，这种状态的氢首次在理论中被提出。从40多年前开始，科学家们一直在努力尝试再造这种状态的氢，但均未能成功。此次英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧对氢实施压缩到前所未有的高压状态，从而证实了这种罕见的“金属态氢”的存在。“金属态氢”状态不稳，科学家此前也从未见过“金属态氢”。

太阳和太阳系的大型行星的内核主要由这种高压形式的元素构成。比如，木星和土星的内核被认为主要由这种形态的元素构成。该项研究主要负责人、英国爱丁堡大学物理和天文学学院科学家尤金-格雷高里安兹教授介绍说，“在过去30年间，在无数次的高压实验中，科学家们都声称制造出金属态氢，但后来这些实验结果都被证明无效。我们的研究首次拿出了实验证据证明氢可以像预测的那样拥有固体金属态，不过所需要的压力也比此前想像的要高得多。研究成果将有助于基础科学和行星科学的发展。”

英国爱丁堡大学研究团队利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，即生成“第五状态氢”所必需的压力状态，将氢压缩成新的固体状态。为了达到“第五状态”，研究团队所实现的压力相当于325万个地球大气压。科学家们利用激光显微拉曼光谱仪观测到了这种状态的变化，从而通过实验证明了氢的这种不寻常特性。

在这种极端高压状态下，分子开始分离成单原子。研究人员发现，电子的行为与金属电子的行为特征相似。尽管此次实验比此前的实验迈进了一大步，但科学家承认还需要继续努力加以佐证。此外，为了生成单纯的原子和金属状态可能还需要更大的压力。3

本词条内容贡献者为: