自1935年Wigner 和 Huntington预言高压下“金属氢”的存在以来，“金属氢”一直是人们梦寐以求的目标，被称为高压物理的“圣杯”。“金属氢”的一个重要性质是它的超导特性。理论计算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1万倍大气压），“金属氢”具有接近室温的超导特性（TC ∼242K）。但是，如此高的压力对于实验是一个极大的挑战。2017年，哈佛大学的课题组在实验室里成功制造出495 GPa的超高压力，首次报道了真正意义上的“金属氢”（Dias & Silvera, Science 2017, 355, 715），轰动全球。可惜后来该“金属氢”的样品莫名其妙地消失了。因此，如何在相对“较低”的压力下获得“金属氢”，成为目前的一个重要研究方向。
最近，我院夏曰源教授、赵明文教授与合作者，提出了一种制备“金属氢”的新方法：利用碳纳米管高机械强度的特点，在碳纳米管内形成超高密度的准一维“金属氢”。碳纳米管不仅可以保护“金属氢”，而且能有效地降低氢金属化的临界压力，在相对“较低”的压力下实现氢的金属化和超导特性。基于量子力学第一性原理的分子动力学模拟显示，束缚于碳纳米管的准一维氢在163.5 GPa 下就可以变成金属，其超导的临界温度（TC ∼225 K）也接近室温。该研究团队在Eliashberg 超导理论的基础上，发展了相应的理论模型，成功解释了准一维“金属氢”的超导特性。这项理论成果为实验上制备和研究常温超导体“金属氢”提供了新的方案。
该研究成果以“Hydrogen confined in a single wall carbon nanotube becomes metallic and superconductive nanowire under high pressure”为题，发表在期刊 Nano Letters 上（影响因子：12.712）。物理学院夏曰源教授和赵明文教授分别为文章的第一作者和通讯作者，化学与化工院马玉臣教授为共同通讯作者，山东大学为唯一完成单位。研究工作得到了国家自然科学基金委员会、晶体材料国家重点实验室和山东大学基本科研业务费的支持。
近年来，赵明文团队一直致力于“低维物理”的研究。该团队完成的“低维系统的拓扑电子态、缺陷及界面效应”荣获2017年山东省自然科学一等奖。2017年，该团队还从理论上预言了首个二维金属-有机超导材料 Cu-BHT (Nano Letters 2017, 17, 6166–6170)，随后被朱道本院士课题组的实验研究所证实，为超导材料的研究打开了一个新领域。
文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.9b00258
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.7b02795
