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氫，是當(dāng)今社會(huì)中的熱點(diǎn)科技之一，在掌握氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的制備方法后，如何制備“金屬氫”一直是科學(xué)界努力攻關(guān)的難題。
相信一直關(guān)注前沿材料科學(xué)的朋友還記得2017年哈佛大學(xué)在《Science》發(fā)文稱制備出“金屬氫”，轟動(dòng)全球，只是后來該“金屬氫”樣品莫名奇妙地消失了。
而近期，山東大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)于金屬氫的研究取得了重大突破，在全球范圍內(nèi)引起重大關(guān)注。
那么什么是“金屬氫”？它又為何受到如此巨大的關(guān)注呢？
據(jù)介紹，山東大學(xué)趙明文教授團(tuán)隊(duì)提出利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管中以相對(duì)“較低”的壓力制備與保護(hù)準(zhǔn)一維“金屬氫”，并由此發(fā)展出相應(yīng)的理論模型。
這項(xiàng)理論成果日前在Nano Letters 上（一區(qū)TOP期刊，IF=12.712）《納米快報(bào)》發(fā)表。
自1935年Wigner 和 Huntington預(yù)言高壓下“金屬氫”的存在以來，“金屬氫”一直是人們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，被稱為高壓物理的“圣杯”。
“金屬氫”的一個(gè)重要性質(zhì)是它的超導(dǎo)特性。理論計(jì)算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1萬(wàn)倍大氣壓），“金屬氫”具有接近室溫的超導(dǎo)特性（TC ～242K）。但是，如此高的壓力對(duì)于實(shí)驗(yàn)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，令實(shí)驗(yàn)論證步履維艱。
2017年，哈佛大學(xué)的課題組在實(shí)驗(yàn)室里成功制造出495 GPa的超高壓力，首次報(bào)道了真正意義上的“金屬氫”轟動(dòng)全球，可惜后來該“金屬氫”的樣品莫名奇妙地消失了。
因此，如何在相對(duì)“較低”的壓力下獲得“金屬氫”，成為目前的一個(gè)重要研究方向。
碳納米管不僅可以保護(hù)稍縱即逝的“金屬氫”，而且能有效地降低氫金屬化的臨界壓力，在相對(duì)“較低”的壓力下實(shí)現(xiàn)氫的金屬化和超導(dǎo)特性。
圖2 超導(dǎo)的臨界溫度接近室溫
該成果表明，基于量子力學(xué)第一性原理的分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示，束縛于碳納米管的準(zhǔn)一維氫在163.5 GPa（即163.5萬(wàn)倍大氣壓）下就可以變成金屬，其超導(dǎo)的臨界溫度（TC ～225 K）也接近室溫。
該研究團(tuán)隊(duì)在Eliashberg 超導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，發(fā)展了相應(yīng)的理論模型，成功解釋了準(zhǔn)一維“金屬氫”的超導(dǎo)特性。
這項(xiàng)理論成果為實(shí)驗(yàn)上制備和研究常溫超導(dǎo)體“金屬氫”提供了新的方案。
該研究成果中，山東大學(xué)物理學(xué)院夏曰源教授和趙明文教授分別為文章的第一作者和通訊作者，化學(xué)與化工院馬玉臣教授為共同通訊作者，山東大學(xué)為唯一完成單位。
相信一直關(guān)注前沿材料科學(xué)的朋友還記得2017年哈佛大學(xué)在《Science》發(fā)文稱制備出“金屬氫”，轟動(dòng)全球，只是后來該“金屬氫”樣品莫名奇妙地消失了。
而近期，山東大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)于金屬氫的研究取得了重大突破，在全球范圍內(nèi)引起重大關(guān)注。
那么什么是“金屬氫”？它又為何受到如此巨大的關(guān)注呢？
據(jù)介紹，山東大學(xué)趙明文教授團(tuán)隊(duì)提出利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管中以相對(duì)“較低”的壓力制備與保護(hù)準(zhǔn)一維“金屬氫”，并由此發(fā)展出相應(yīng)的理論模型。
這項(xiàng)理論成果日前在Nano Letters 上（一區(qū)TOP期刊，IF=12.712）《納米快報(bào)》發(fā)表。
自1935年Wigner 和 Huntington預(yù)言高壓下“金屬氫”的存在以來，“金屬氫”一直是人們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，被稱為高壓物理的“圣杯”。
“金屬氫”的一個(gè)重要性質(zhì)是它的超導(dǎo)特性。理論計(jì)算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1萬(wàn)倍大氣壓），“金屬氫”具有接近室溫的超導(dǎo)特性（TC ～242K）。但是，如此高的壓力對(duì)于實(shí)驗(yàn)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，令實(shí)驗(yàn)論證步履維艱。
2017年，哈佛大學(xué)的課題組在實(shí)驗(yàn)室里成功制造出495 GPa的超高壓力，首次報(bào)道了真正意義上的“金屬氫”轟動(dòng)全球，可惜后來該“金屬氫”的樣品莫名奇妙地消失了。
因此，如何在相對(duì)“較低”的壓力下獲得“金屬氫”，成為目前的一個(gè)重要研究方向。
圖1 哈佛報(bào)道的金剛石高壓砧正在壓縮分子態(tài)氫氣的示意圖。在更高的壓力下，分子態(tài)氫會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)氫，如右側(cè)小圖所示。
最近，山東大學(xué)夏曰源教授、趙明文教授與合作者，提出了一種制備“金屬氫”的新方法：利用碳納米管高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，在碳納米管內(nèi)形成超高密度的準(zhǔn)一維“金屬氫”。碳納米管不僅可以保護(hù)稍縱即逝的“金屬氫”，而且能有效地降低氫金屬化的臨界壓力，在相對(duì)“較低”的壓力下實(shí)現(xiàn)氫的金屬化和超導(dǎo)特性。
圖2 超導(dǎo)的臨界溫度接近室溫
該成果表明，基于量子力學(xué)第一性原理的分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示，束縛于碳納米管的準(zhǔn)一維氫在163.5 GPa（即163.5萬(wàn)倍大氣壓）下就可以變成金屬，其超導(dǎo)的臨界溫度（TC ～225 K）也接近室溫。
該研究團(tuán)隊(duì)在Eliashberg 超導(dǎo)理論的基礎(chǔ)上，發(fā)展了相應(yīng)的理論模型，成功解釋了準(zhǔn)一維“金屬氫”的超導(dǎo)特性。
這項(xiàng)理論成果為實(shí)驗(yàn)上制備和研究常溫超導(dǎo)體“金屬氫”提供了新的方案。
該研究成果中，山東大學(xué)物理學(xué)院夏曰源教授和趙明文教授分別為文章的第一作者和通訊作者，化學(xué)與化工院馬玉臣教授為共同通訊作者，山東大學(xué)為唯一完成單位。
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