物性物理学：金属水素への超高圧結晶学的移行

マルチメガバール加圧下における分子状水素H₂の構造変化と、その原子状金属水素との関係は、物性物理学における主要な未解決問題である。理論によって数十の結晶構造が提案されているが、これまでに実験で確認されているのは、球状の無秩序なH₂のみの単純な六方最密充填（hcp）構造の1つだけである。今回我々は、ナノ集束シンクロトロンX線プローブの進歩を通して、212 GPaを超える圧力で、hcp H₂構造から6倍大きなスーパーセルを持つポストhcp構造への転移を観測し、これが球状H₂からさまざまな秩序配置への変化を示していることを報告する。X線回折法（XRD）の結果に基づく理論計算によって、球状の無秩序なH₂層と、3つのH₂分子の会合によって形成されたH₂の三量体（H₆）からなるグラフェンに似た新しい層が交互に積層した空間群P62cの時間平均構造モデルが見いだされた。このスーパーセルは、ポストhcp相に関するこれまでのどの理論研究でも報告されていないが、混合層構造を持つ多くの理論モデルに近いものである。hcpの枠を超える構造転移の証拠は、極端な圧力下での重合に向けてH₂分子が会合する傾向を立証しており、分子から原子への金属水素の転移の性質に関する手掛かりを与えている。最大400 GPaでH₂の強い振動ピークと変角ピークを示す分光学的な挙動を考慮すると、水素分子の重合が水素分子の金属化まで存続すると推測するのが賢明であろう。

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