氫是宇宙中最豐富的元素。氣態的氫簡單，是常見的工業原料;液態的氫低溫復雜，甚至可以用作空間燃料;至于固態氫一直以來僅存在于科學界的預測中，被譽為高壓物理的圣杯。

日前，法國科學家Paul Loubeyre等人在《自然》雜志上撰文指出——致密氫在極端壓力和低溫下顯示出光學反射率的不連續且可逆的變化，這可歸因于氫相變為金屬態。這是迄今為止能證明金屬氫存在的最有力證據。盡管Loubeyre以及同行們均表示，研究還沒有結束，但絲毫不影響這一里程碑式發現的重要意義。

85年前，美籍匈牙利理論物理學家尤金·維格納曾預言，在極端高壓(超過地球表面大氣壓的400萬倍)條件下，固態氫應該可以導電，即表現出金屬性質。自此，越來越多的科學家加入這場圍獵“金屬氫”的競賽。雖然偶爾會得到一些似是而非卻令人充滿希望的成果，然而要在如此高的壓強下通過實驗來證實這個預測極其困難。2017年初，哈佛大學的物理學家曾宣布成功制備金屬氫，但隨后表示在進一步的實驗中，金剛石壓砧破裂導致樣本失壓變回氣態逃逸。

業界通常的做法是使用被稱為金剛石壓砧的設備來實現材料的超高壓縮，并研究高密度下材料物理特性的變化。通過金剛石砧盒擠壓樣品，樣品被限制在兩個金剛石砧之間的薄金屬箔中的微小腔室中(圖a)。該設備原理簡單：壓力與施加力的表面面積成反比。但也不可避免地存在一個固有缺陷：達到極高的壓力意味著要處理很小的樣品量。

Loubeyre領導的研究小組使用了環形金剛石壓砧裝置——他們將氫樣本置于兩個金剛石尖端之間，再對氫進行壓縮。特殊的金剛石尖端設計可以使其承受的壓強高達400GPa(大約是地球大氣壓力的400萬倍, 比地球中心的壓力還要大)，同時這一裝置還助于限制適合光學測量的致密氫樣品。創新的超高壓產生技術與先進的同步輻射實驗方法相結合，Loubeyre找到了能證明氫在高壓下開始表現得類似金屬的證據——在零下190°C下，氫的行為與金屬相同：反射光。

在越來越高的極端壓力下，致密氫對可見光變得越來越不透明。對于超過約300 GPa的壓力，固體氫僅通過低于能量的電磁輻射可穿透變為可見光，如紅外輻射(圖b)。當壓力升高到425 GPa以上時，壓縮的氫氣樣品會阻擋所有光線并顯示出光反射率的突然增加(圖c)。此外，他們發現這種轉變是可逆的。但是很難通過光譜確認這一點，因為在這些極端條件下光與物質之間的耦合降低了。

盡管如此，Loubeyre和他的同事們的發現依舊被認為是致密氫在極端壓力條件下達到金屬態的近乎確定的證據。這一發現的前景重大，尤其對于行星的形成的研究，據推論，木星等氣態巨行星的核心含有金屬氫。此前，有理論物理學家預測，金屬氫能夠幫超導材料甩掉低溫的包袱，使其在更廣泛的環境中得到應用，比如用金屬氫輸電，可以取消大型的變電站而輸電效率在99%以上，大大提高了全世界電量的利用率，降低了輸送成本;如果用金屬氫制造發電機，其重量不到普通發電機重量的10%，而輸出功率可以提高幾十倍乃至上百倍。不僅如此，金屬氫更是一種綠色高能燃料，是目前已知的含能密度最高的常規燃料，其能量儲存在化學鍵中，無需氧氣助燃即可釋放大量能量。如果能夠組成燃料電池應用于現代交通工具，城市將變得十分清潔。

目前，仍有許多問題待解。例如，能否通過金屬躍遷來測量導電性?高溫超導能在氫中實現嗎?Loubeyre指出，在固態狀態下，與預期相反，“氫非常復雜”。我們用來描述材料的粗略理論并不完全適用于氫。

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