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物性物理学：金属水素への転移の可能性を示すシンクロトロン赤外分光法による証拠
Nature 577, 7792 doi: 10.1038/s41586-019-1927-3
水素は、原子物理学、分子物理学、物性物理学の発展に不可欠な元素である。水素には金属状態があると予想されているが、極端条件下では電子と陽子が互いに強く結合し、基本的にはどちらも量子粒子として扱わなければならないため、高密度水素の特性の解明は当初考えられていたよりも難しい。そのため、分子固体水素がいつどのように金属へ変わるかは未解決の問題である。金属水素の探求によって現代の実験高圧物理学は大きく発展してきたが、金属水素を観測したとするさまざまな主張はまだ確証されていない。今回我々は、水素の直接バンドギャップの0.6 eVから0.1 eV以下への不連続な変化を、425 GPa付近で観測したことを報告する。原子核のゼロ点エネルギーはこの最低バンドギャップ値よりも大きいため、この結果はほぼ確実に金属状態の形成と関連していると考えられる。400 GPaを超える圧力は、最近開発されたトロイド形のダイヤモンドアンビルセルによって達成され、80 Kでの高密度固体水素の構造変化と電子構造は、シンクロトロン赤外吸収分光法を使って調べられた。圧力の上昇に伴うビブロン波数と直接バンドギャップの連続的な下向きの変化は、III相水素が最高425 GPaまで安定なことを示している。今回のデータは、分子固体内で水素の金属化が進行していることを示唆しており、多体電子相関を捉えた以前の計算結果とよく一致している。
