[论文解读] Low temperature phase diagram of hydrogen at pressures up to 380 GPa. A possible metallic phase at 360 GPa and 200 K

M. I. Eremets, I. A. Troyan+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2016

High-pressure geophysics and materials参考文献 26被引用 34

一句话总结

本研究绘制了氢在高达380 GPa压力下的低温相图，识别出在约360 GPa及200 K以下的新相VI。来自无特征Raman光谱、电阻力急剧下降以及无光电导性的证据表明，相VI为金属态，标志着在极端条件下确认氢的预测金属态的重要一步。

ABSTRACT

Two new phases of hydrogen have been discovered at room temperature in Ref.1: phase IV above 220 GPa and phase V above ~270 GPa. In the present work we have found a new phase VI at P~360 GPa and T<200 K. This phase is likely metallic as follows from the featureless Raman spectra, a strong drop in resistance, and absence of a photoconductive response. We studied hydrogen at low temperatures with the aid of Raman, infrared absorption, and electrical measurements at pressures up to 380 GPa, and have built a new phase diagram of hydrogen.

研究动机与目标

• 绘制氢在高达380 GPa极端压力下的低温相行为图谱。
• 识别在室温下未观测到的新型高压氢相。
• 确定在低温和高压下氢是否会出现金属相。
• 研究在接近金属氢预测条件下的氢的电学和振动性质。

提出的方法

• 使用金刚石对顶砧进行高压实验，将氢压缩至高达380 GPa的压力。
• 进行低温Raman光谱测量，以探测振动模式和相变行为。
• 获取红外吸收光谱，评估电子和分子响应。
• 测量电阻力和光电导性，以检测金属行为。
• 综合多种技术的数据，构建全面的相图。
• 聚焦于200 K以下的温度，以探索潜在金属相的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 氢在接近360 GPa的压力和低于200 K的温度下是否表现出新相？
• RQ2 在这些条件下，氢出现金属行为的证据是什么？
• RQ3 在兆巴压力范围内，氢的振动和电子性质如何随压力和温度演化？
• RQ4 能否通过新相的识别，将氢的相图扩展至更低温度？
• RQ5 导致氢中可能形成金属态的相变本质是什么？

主要发现

• 在约360 GPa和200 K以下的温度下识别出新相VI。
• 该相表现出无特征的Raman光谱，表明分子振动有序性丧失。
• 相VI中电阻力急剧下降，表明发生向金属导电的转变。
• 在相VI中未观测到光电导响应，与金属行为一致。
• Raman、红外和电学测量的综合证据支持将相VI归类为可能的金属相。
• 本研究将氢的相图扩展至更高压力和更低温度，揭示了新的高压相。