中國科學院合肥物質院固體所計算物理與量子材料研究部高壓團隊對氫體系施加了350 GPa的超高壓力，繪制出超高壓低溫相圖。相關研究結果發表在Physical Review B 上，并被選為編輯推薦文章。
氫是最輕的元素，其同位素質量比在所有元素中最大，因此氫體系中存在顯著的同位素效應。在氫的眾多 “組合” 中，氫氘（HD）分子由異核原子組成，不受交換對稱性限制，核自旋方向對能級排布沒有影響，且HD的分子質量處于純氫和純氘之間。這些獨特的結構特性讓 HD 分子在高壓環境下的相圖和物性極為受關注。
一直以來，氫和氘的高壓相圖是凝聚態物理領域的熱門研究方向，在很寬的壓力和溫度范圍內被廣泛研究。目前實驗上已經發現了氫的五個高壓固相（相I、II、III、IV、V）。然而對氘化氫（HD）的高壓相圖研究卻仍存在諸多疑惑，亟待完善，甚至存有爭議，如相HD-IV*和相HD-PRE是否存在，是否存在其他新相。
近年來，研究團隊不斷發展超高壓技術，將氫氘混合物的超高壓研究邊界拓展至350 GPa，獲得了五種固體相的高質量拉曼光譜。針對傳統相 III 區域，團隊進行了壓力溫度（P-T）掃描，未觀測到 HD-IV * 和 HD-PRE 相。此外，研究團隊精準繪制了相III-IV的相邊界。該相邊界整體呈現負斜率，且在250 GPa以下為-0.95 K/GPa，在250GPa以上為?0.55 K/GPa。隨著壓力進一步升高，相邊界逐漸變得平緩。在帶隙研究方面，研究團隊發現混合物在300～360 GPa之間的帶隙基本介于純氫和純氘之間，這表明同位素合金化并沒有顯著改變金屬化壓力。
固體所博士生徐海岸為論文的第一作者，固體所劉曉迪研究員為論文通訊作者。上述工作得到了中國科學院青促會、國家自然科學基金、合肥物質院院長基金等項目的支持。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.024109。
圖.超高壓至350 GPa的氫氘混合物H2-HD-D2的壓力溫度相圖。
