毛河光，吉诚，李冰，刘罡，Eugene Gregorynz ,b

a Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research, Beijing 100094, China

b Centre for Science at Extreme Conditions & School of Physics and Astronomy, The University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3FD, UK

1. 引言

压力会改变所有物质，并对所有物质的科学研究产生影响。目前金刚石压砧（DAC）的压力能达到的几百吉帕，会直接改变凝聚态物质的结晶构造、电子结构和化学键[1]，可以作为寻找极端优化含能材料（如最高效的燃料或最高能的炸药）的理想工具。但是有用的含能材料必须能在常规环境下保存，才能付诸实用。所以在极端压力下探索含能材料的研究应分为两步：一是纯粹以好奇心驱动的科学研究，广撒网以发现和探索高压下许多新奇的材料及其性质；二是受新材料应用驱动的科学研究，运用高压下获得的新知识来直接回收或用化学方法来合成所发现的新奇材料[2]。例如，超硬金刚石起初是在高压下合成，然后，在压力释放后在常压下成功回收为亚稳态金刚石，用于工业磨料。之后，利用金刚石sp3化学键的知识，宝石级的金刚石也能在零压力的亚稳态条件下通过化学气相沉积（CVD）法生长[3]。

超高压下极端含能材料的研究尚处于探索阶段。本文中，我们讨论单质氮和单质氢两个极端含能材料的超高压研究。N2和H2从气体开始，它们是最易压缩的材料，这使得在数百吉帕的压力下进行原位测试极具挑战性。N2和H2各有其独特和诱人的科学意义，又有相同的技术挑战。例如，如何把稀薄的气体装进DAC并压成密度高达几千倍的固体？如何用拉曼和红外（IR）光谱跟踪它们的分子键在超高压下的演化过程？如何用X射线衍射（XRD）测定它们的晶体构造和状态方程？……