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金属氢作为未来的高密度、高储能材料，一直是人类梦寐以求的能源物质。90多年来，人们一直在尝试以金属的形式生产氢，并为此作出了不懈的努力，但始终没有得到稳定的金属氢样品。
从理论上讲，在超高压下可以得到金属氢，一旦梦想成真，将给世界科技带来革命性的变化。然而，要获得金属氢样品，科学家们还需要进一步研究。
最诱人性能 传说具有室温超导能力
早在1935年，英国物理学家就预言，在一定的高压下，任何绝缘体都可以变成导电金属，而不同的材料需要不同的压力才能变成导电金属。
金属氢是指液态或固态氢在超高压下变成的导电体，由于导电是金属的特性，故称为“金属氢”，金属氢的成功生产，不仅意味着人类发现了一种全新的高密度、高储能材料，而且可能会掀起一场科技革命。
这一发现意义重大，以至于世界各地的许多研究小组都声称他们已经成功获得了金属氢，但他们的竞争对手却对此表示高度怀疑。
为什么这种常见元素的“金属版”如此受重视？金属氢研究的倡导者列举了一些例子。例如，当金属氢转化为氢分子时，会释放出大量的热能，有可能成为突破性的火箭燃料。再比如，据说木星这样的气态巨行星的核心是由金属氢等材料构成的。因此，一些行星科学家认为，如果我们能够在实验室中成功生产出金属氢，我们或许能够更好地了解这些行星。它是如何形成的。然而，金属氢最吸引人的特性是传说中的室温超导性——它允许电流流动而不会损失任何能量。
澳大利亚的海伦·梅纳德·凯斯利（Helen Maynard Kessley）表示，基于所有这些原因，如果一项实验成功产生金属氢，将在科学界引起轰动。“我认为金属氢的研究人员希望获得诺贝尔奖”。
将氢压入金属并承受比地核更高的压力
尽管具有诱人的潜力，但生产金属氢的过程既困难又曲折。
先说一下氢的独特特性，氢是宇宙中含量最多的元素，但也是宇宙中最简单的元素，由单个电子组成的氢与锂、钠和钾等碱金属一起位于元素周期表的第一列。锂、钠、钾三种元素以固体形式存在于地球上，可以导电。氢气通常以气体形式存在，要把它变成金属，每个氢原子核必须紧紧地结合在一起，让它们的电子变得“不受位置限制”，也就是说，让它们可以在原子周围自由移动，从而产生导电性。
最早意识到这种转变可能性的是物理学家尤金·维格纳和希拉德·贝尔·亨廷顿。他们早在 1935年就做出预测，使氢的行为与元素周期表中的邻居一样，关键是压力——超压力。
在极端压力下，氢分子之间的距离会变得很近，迫使原本在原子核周围运动的电子变成自由电子，穿梭在整个高压氢块中。这种氢块将表现出金属固体、坚硬、有色和导电的特性。这种氢结构被称为“金属氢”。
要做到这一点，需要近400千兆帕斯卡（GPa）的压力，这是大气压的400万倍，相当于一个大喷气机在小针头上的重量，至少在实验室里要达到这么大的压力是很有挑战性的。 “实际上，100GPa以上的压力，很少有人能做到。”凯斯利说。
科学家们正在为生产金属氢所需的超压而不懈努力，最早接近这种压力的时间是1998年。来自纽约康奈尔大学和马里兰大学的工程师团队在一种称为“金刚石铁砧”的材料上对氢样品施加压力。
“金刚石铁砧”实际上是一对超锋利的金刚石。它的尖端非常小，只有人类头发直径的四分之一左右。虽然很小，但研究人员可以在这些尖端之间捕获一些氢分子。接下来，他们设法将两个金刚石铁砧推到一起，挤压它们之间的氢分子。最终，在打破 15 对金刚石铁砧后，研究人员终于设法将尖端之间的压力调整到接近地核内部的342GPa-a值。理论上，这个压力应该足以金属化氢，但氢分子仍然无动于衷。
四年后，由法国原子能委员会(CEA)的Paul Laubaire领导的一个研究小组认为，这样的结果在意料之中。估计氢产生金属丰度的压力值是基于氢原子中可用电子的两种不同能态之间的“间隙”——间隙会随着压力的增加而缩小，从而改变电子吸收或发射的方式的光。在间隙即将闭合且材料变为金属之前，氢电子吸收光但不发光，这导致材料变得越来越不透明。然而，一旦间隙完全闭合并且电子可以以自由移动的电导体的形式存在，它们将重新发射吸收的光能，使材料具有高反射性。
根据观察，劳拜尔和他的同事认为，将氢转化为金属态需要大约 450 GPa。
金属氢样品在争议中诞生并“意外”丢失
又过了13年，终于达到了生产金属氢的目标。事实上，最终压力已达到495 GPa，研究人员也见证了氢获得金属丰度的过程。至少，哈佛大学的两位研究人员 Diaz 和 Isaac Sivilla 在 2017 年发表在《科学》杂志上的同行评审论文中是这样声称的，在美国哈佛大学发布的新闻稿中，Silvera 将这一成就称为“高压物理学的圣杯。”
但劳拜尔并不同意这种说法。他在接受《自然》杂志采访时说，“这篇论文根本没有说服力。”这是因为论文中得到的所谓金属丰度只是基于氢反射率的测量结果：在495 GPa时，它变得有光泽。但可能还有其他原因。例如，金刚石尖端上的氧化铝涂层可能会在巨大的压力下改变氢的反射率。
此外，压力读数是根据钻石在高压下的振动模式推断出来的，而不是直接测量的。因此，声称的压力未能让其他研究人员相信压力可能不会超过350GPa。
德国美因茨马克斯普朗克化学研究所的 Mikhail Eremetz 也在尝试制造金属氢，他和他的同事亚历山大·德罗兹多夫 (Alexander Drozdorf) 表示，哈佛研究人员发表的数据无法找到令人信服的金属氢证据。“除了引用金刚石表面涂层反射率的变化来表示可能性之外，压力测量也模糊不清。”
显然，现在需要做的是：重复实验。但说起来容易做起来难，因为这种实验是自我毁灭的。
Dias 和 Sivela 一直担心氢样本的脆弱性，这也是他们限制测量数量和范围的原因。更重要的是，在宣布了他们具有里程碑意义的成就并准备进一步研究后，他们发现样本已经消失了。
两年过去了，他们仍然不知道发生了什么。金属氢的碎片——如果它们真的被转化为金属氢——只有 10 微米厚，这可能是从两个金刚石砧的抓地力中滑落的。它滑到仪器底部并丢失了，或者它可能已经蒸发了。但他们仍然坚称他们“非常有信心我们已经观察到金属氢的存在”。
在争议中前行，金属氢的发现之门终将打开
科学家之间的这场争论也为最终发现金属氢打开了大门。
2019 年 6 月，Laubair 在一篇题为“接近425GPa时向金属氢转变的一级相变观测结果”的论文中提出了他们的观点。这篇论文由他和他在 CEA 的同事 Florent Oselli 以及法国同步加速器 SOLEIL 研究所的 Paul Dumas 共同撰写。
“我们展示了在接近 425GPa 的压力条件下从绝缘体分子固体氢到金属氢的相变。”他们认为，之所以能够实现这种压力，是因为奥塞利帮助开发了一种新型金刚石铁砧。
Eremetz 认为这些观察结果很有趣，但远非结论性的。迪亚兹指出，要证明金属态的存在，至少必须证明这两件事之一：一是证明当温度接近绝对零时，电导率仍然有限；另一种是证明材料的反射率随着波长的增加而增加——但他认为这些点都还没有被揭示。
迪亚斯还指出，许多观察结果之前实际上已经被其他研究团队看到过。埃雷梅茨还表示，许多这些“新”结果之前已经报道过，其中一些是他的研究团队报道的。
对于像梅纳德·凯斯利这样的外部观察者来说，获得明确答案的唯一方法是等待他们的论文发表在同行评审的期刊上。“作为一名科学家，我必须尊重同行评审的意见。”她说。
我们如何看待这些实验和争议？我们是否还需要再等90年才能获得未来的终极能源？迪亚兹和西维拉声称他们重复了之前的实验并观察到了相同的结果。“大约一年前，我们在高压下复制了一个样本，但由于技术原因，我们无法测量压力，所以我们没有发表。”西维拉说。
迪亚斯后来被调到美国罗彻斯特大学，“我正在建设一个新实验室，一个有能力生产金属氢的实验室，我相信我们可以复制这项研究。”
科学家不会被动等待。越来越多的人在为之努力，虽然可能有三四个人同时重复对方的工作，每个人都会声称自己是第一个。拉斯维加斯内华达大学高压系统研究员 Ashkan Salamat 说：“金属氢的开发是我们共同的目标，虽然我们不知道它是液体还是固体，还是一种室温超导体，我们现在需要做的就是共同回答这些问题。”
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