氢成为纳米级的超流体，证实了50年前的预测

低温下的氢纳米团簇显示出“超流性”——一种以前只在氦中观察到的无摩擦流动的量子态

这项新研究由不列颠哥伦比亚大学（UBC）化学家领导的一个国际团队发表在《科学进展》上

UBC冷分子专家、该论文的资深作者Takamasa Momose教授说：“这一发现加深了我们对量子流体的理解，并可能为清洁能源提供更有效的氢气储存和运输。”

1936年，人们发现氦在低温下具有超流体特性——氦原子在没有摩擦或粘性的情况下流过极其狭窄的通道。一些原子气体也可以表现得像超流体

物理学家和诺贝尔奖获得者Vitaly Ginzburg博士在1972年确实预测液态氢也可能是超流体，但直到现在，科学家们还没有直接观察到可以成为超流体的氢分子

创建纳米级超冷实验室

氢气通常不可能以液体形式进行研究——它在-259°C（-434°F）时变成固体。但是，通过将氢分子的小簇限制在-272.25°C（0.4 K）的氦纳米液滴内，日本理化学研究所和金泽大学的Momose博士及其同事即使在低温下也能保持氢的液态

不列颠哥伦比亚大学、RIKEN和金泽大学的研究人员使用的实验装置和激光来证明氢气的超流动性。图片来源：Chie Nakayama，不列颠哥伦比亚大学一名学生，正在使用不列颠哥伦比亚大学、RIKEN和金泽大学的研究人员使用的实验装置和激光来演示氢气的超流动性。Image caption：Chie Nakayama，不列颠哥伦比亚大学

然后，研究小组将甲烷分子嵌入氢团簇中，并用激光脉冲使其旋转。旋转的甲烷分子就像煤矿里的金丝雀一样具有超流动性——如果它在没有阻力的情况下旋转得更快，周围的氢气就是超流动的。当足够的氢分子（15到20个分子）被放置在一个簇中时，甲烷会无阻力地旋转，表明氢是一种超流体

“当我们第一次在一小滴液态氢中观察到非常清晰的甲烷光谱时，我们感到非常兴奋，”大谷初树博士说，他在UBC攻读化学博士学位时进行了这项工作。“这是氢超流动性的强烈迹象。然后金泽大学同事的理论结果与我们的实验数据完美匹配。”

氢用于燃料电池，燃料电池只会释放水作为副产品，但生产、储存和运输的挑战限制了清洁燃料的基础设施进步。超流体氢的无摩擦流动可以激发未来更有效的氢运输和储存的新技术 More information: Hatsuki Otani et al, Exploring molecular superfluidity in hydrogen clusters, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu1093

Journal information: Science Advances