压缩下氢的IXS谱图和插图显示带隙能量随密度变窄。信用：李冰
利用最新开发的最新同步加速器技术，由HPSTAR主任Ho-kwang Mao博士领导的一组科学家对固体氢的电子能带和间隙信息进行了首次高达90 GPa的高压研究。他们创新的高压非弹性X射线散射结果可作为直接测量氢金属化过程的测试，并为解析致密氢的电子分散提供了可能性。这项工作发表在最新一期的《物理评论快报》上。
压力引起的氢电子带从宽间隙绝缘体到密闭间隙金属或金属氢的演化一直是现代物理学中长期存在的问题。但是，氢的极高能量阻止了以前在压力下直接观察到电子带隙。现有的探针(例如电导率，光学吸收或反射光谱测量)受到限制，并且在宽间隙绝缘体上提供的信息很少。毛博士解释说：“以前所有关于压缩氢在绝缘氢中带隙的研究都是基于使用光学测量的间接方案。”
该团队使用高亮度，高能量的同步加速器辐射开发了非弹性X射线(IXS)探针，在高压下在金刚石砧座电池(DAC)中原位产生了氢的电子能带信息。李冰博士说：“我们为这个项目开发的DAC-IXS技术，是由一支由同步加速器非弹性X射线光谱学，仪器仪表和超高压技术的许多专家组成的国际团队在五年内完成的。”第一作者。
毛博士说：“实际上，该项目的真正开始可以追溯到20多年，这些结果是所有准备工作和试验的最终结果。这是有关团队付出巨大努力和才智的真实证明。” 。新颖的IXS探针技术可实现无法测量的广泛的45 eV紫外能量范围，从而显示出氢的电子结合态密度和带隙密度随压力如何变化。电子带隙从10.9 eV线性下降到6.57 eV，从零压力到90 GPa的致密化是8.6倍。
这些最新的同步加速器功能以及亚微米到纳米级X射线探头的这些发展，只会扩展未来的实验可能性。IXS向更高压力的发展可能会将II-V相的半导体区域置于可及范围之内，并能够通过直接和定量电子带隙测量研究氢金属化。
这项工作克服了巨大的技术挑战，首次实现了对氢电子带及其间隙的直接实验测量。
