Genom att använda en nyutvecklad toppmodern synkrotronteknik, en grupp vetenskapsmän ledda av Dr Ho-kwang Mao, Direktör för HPSTAR, genomförde den första högtrycksstudien någonsin av det elektroniska bandet och gapinformation för fast väte upp till 90 GPa. Deras innovativa högtrycks-oelastiska röntgenspridningsresultat fungerar som ett test för direkt mätning av processen för vätemetallisering och öppnar en möjlighet att lösa de elektroniska dispersionerna av tätt väte. Detta arbete publiceras i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev .

Den tryckinducerade utvecklingen av vätgas elektroniska band från en bredspaltsisolator till en metall med sluten spalt, eller metalliskt väte, har varit ett långvarigt problem inom modern fysik. Dock, vätgas anmärkningsvärt höga energi har förhindrat det elektroniska bandgapet från att direkt observeras under tryck tidigare. Befintliga sonder, såsom elektrisk ledningsförmåga, optisk absorption, eller reflektionsspektroskopimätningar, är begränsade och ger lite information om en isolerare med stort gap. "Alla tidigare studier av bandgapet i isolerande väte under kompression baserades på ett indirekt schema som använder optiska mätningar, " förklarar Dr Mao.

Teamet använde hög briljans, högenergisynkrotronstrålning för att utveckla en oelastisk röntgensond (IXS), ger elektronisk bandinformation om väte in situ under högt tryck i en diamantstädcell (DAC). "Utvecklingen av vår DAC-IXS-teknik för detta projekt tog ett internationellt team av många experter inom synkrotron-oelastisk röntgenspektroskopi, instrumentation, och ultrahögtryckstekniker under fem år att slutföra, "sa Dr Bing Li, första författaren.

"Faktiskt, den verkliga början av detta projekt kan spåras tillbaka mer än 20 år, och dessa resultat är kulmen på alla dessa förberedelser och experiment. Ett sant bevis på de enorma ansträngningarna och talangerna hos det inblandade laget, " sa Dr. Mao. Den nya IXS-sondtekniken gjorde det möjligt att mäta ett otillgängligt och omfattande UV-energiområde på 45 eV, visar hur tätt vätgas elektroniska ledtäthet av tillstånd och bandgap utvecklas med tryck. Det elektroniska bandgapet minskade linjärt från 10,9 eV till 6,57 eV, med en 8,6 gånger förtätning från nolltryck upp till 90 GPa.

Dessa utvecklingar av den senaste synkrotronkapaciteten med submikron till nanometerskaliga röntgensonder kommer bara att utöka framtida experimentella möjligheter. Framsteg av IXS till högre tryck skulle kunna placera det halvledande området i faserna II-V inom räckhåll och möjliggöra studier av vätemetallisering genom direkta och kvantitativa elektroniska bandgapmätningar.

Detta arbete övervinner enorma tekniska utmaningar, att uppnå direkta experimentella mätningar av vätgas elektroniska band och dess gap för första gången.