极端条件下金属超氢化物中扩散驱动的瞬时氢化反应
近年来，金属氢化物研究已成为高压界的推动力之一，因为它被认为是实现接近环境温度超导性的关键。虽然已经报道了许多新型金属氢化物，并对其超导特性进行了广泛研究，但人们很少关注这些新型化合物的主要成分氢的原子态和电子态。在此，我们展示了在 160 GPa 以上压力下通过激光加热合成的镧系超氢化物 LaHx（x = 10.2-11.1）的 1H 和 139La-NMR 联合数据。令人吃惊的是，我们发现氢在室温下处于高度扩散状态，扩散系数约为 10-6 cm2s-1。我们发现，氢的这种扩散状态会导致样品在数周内发生动态脱氢，从而接近与其前体材料相似的成分。定量测量结果表明，合成的超氢化物会随着时间的推移不断分解。传输测量也证实了这一结论，因为超导临界温度也随着时间的推移而显著降低。这一观察结果为金属超氢化物长期稳定性方面的前人未解之谜提供了新的启示。
Cite as:
Arxiv 版本: Zhou, Y., Fu, Y., Yang, M., Osmond, I., Jana, R., Nakagawa, T., Moulding, O., Buhot, J., Friedemann, S., Laniel, D., & Meier, T. (2024). Diffusion Driven Transient Hydrogenation in Metal Superhydrides at Extreme Conditions. http://arxiv.org/abs/2408.13419
出版版本: Zhou, Y., Fu, Y., Yang, M., Osmond, I., Jana, R., Nakagawa, T., Moulding, O., Buhot, J., Friedemann, S., Laniel, D., & Meier, T. (2024), Nature Communications, ( 2025) 16:1135
利用微尺度定量核磁共振光谱检测无水矿物中的痕量元素
构成地球和行星岩石的名义无水矿物（NAMs）含有微量的挥发性物质。然而，无水矿物中的挥发物分布及其对岩石物理性质的影响仍然存在争议。因此，对非均质岩石中的痕量挥发物浓度进行约束，对我们了解岩质行星和类行星的演化过程至关重要。在这里，我们提出了一种利用微尺度核磁共振（NMR）光谱进行痕量元素定量的方法。这种方法利用了核磁共振微线圈质量灵敏度增强的原理。我们能够证明这种方法与标准方法在各自的检测能力方面非常一致。我们的研究表明，通过同时检测内部参考核，可大幅提高定量灵敏度，从而在微米大小的单个正长岩矿物颗粒中测量到约 50 纳克/克的可定量痕量挥发性元素量，大大提高了重要地质系统中挥发性物质的检测能力。
Cite as: Fu, Y., Tao, R., Li, S., Shen, D., Zhang, L., Wang, Z., Yang, Y., Gao, X., & Meier, T., Parts-per-billion Trace Element Detection in Anhydrous Minerals by Nano-scale NMR Spectroscopy, Nature Communications, (2024) 15:7293
高压核磁共振探测到的致密氢相 III 中的六方到单斜相转变
由于缺乏核心电子和波矢量消失，标准高压实验方法没有实际意义，因此氢的高压相的结论性晶体结构测定仍然难以实现。ab-initio DFT 计算表明，结构多态性可能只需在百万巴压力下使用高分辨率核磁共振（NMR）光谱就能解决，但迄今为止，技术挑战排除了此类实验。在此，我们介绍了室温下 181 GPa 至 208 GPa 氢相 III 的原位高压高分辨率核磁共振实验。我们的光谱显示，在较低的压力下，III 相采用六方 P6122 晶体结构，在约 197 GPa 时转变为单斜 C2/c 相。高分辨率光谱与之前的结构和光谱预测非常吻合，并强调了氢相 III 中发生微妙的 P6122 → C2/c 相变的可能性。这些实验表明，在高压科学中将非线性计算和低 Z 敏感光谱探针相结合，对于阐明我们宇宙中最丰富元素的结构复杂性非常重要。
Cite as: Yang, M., Zhou, Y., Jana, R., Nakagawa, T., Fu, Y., & Meier, T. (2024). Hexagonal to Monoclinic Phase Transition in Dense Hydrogen Phase III Detected by High-Pressure NMR., arXiv:2407.19368
利用微尺度定量核磁共振检测无水矿物中的十亿分之一痕量元素
构成地球和行星岩石的标称无水矿物（NAMs）含有微量挥发物。然而，挥发物在无水矿物中的分布及其对岩石物理性质的影响仍然存在争议。因此，确定有色岩浆中的痕量挥发物浓度对我们了解岩质行星和类地行星的演化至关重要。在这里，我们提出了一种利用微尺度核磁共振（NMR）光谱进行痕量元素定量的新方法。这种方法利用了以前在原位高压实验中使用的核磁共振微线圈质量灵敏度增强的原理。我们能够证明，这种方法与标准方法在各自的检测能力方面非常一致。我们的研究表明，通过同时检测内部参考核，可大幅提高定量灵敏度，从而在微米大小的单个正长岩矿物晶粒中测量到约 50 wt-ppb 的可定量痕量挥发性元素量，大大提高了对重要地质系统中挥发性物质的检测能力。
Cite as: Fu, Y., Tao, R., Li, S., Shen, D., Zhang, L., Wang, Z., Yang, Y., Gao, X., & Meier, T. (2024). Parts-per-billion Trace Element Detection in Anhydrous Minerals by Nano-scale NMR Spectroscopy, arXiv:2404.15713v1
高压金属氢化物中的直接氢定量
高压金属氢化物（MH）研究在金属化合物显示出声子介导的近室温超导性之后，逐渐发展成为凝聚态物理学中一个蓬勃发展的领域。然而，在确定反应产物的化学式，尤其是氢含量方面存在严重的局限性，这阻碍了对合成相的深入理解，并可能导致严重错误的结论。在这里，我们提出了一种利用核磁共振光谱直接获取在（激光加热）金刚石砧单元中高压合成的 MH 固体氢含量的方法。我们的研究表明，这种方法可用于研究氢含量范围很广的 MH 化合物，从 x = 0.15 的 MHx（CuH0.15）到 x ≲ 6.4 的 MHx（H6±0.4S5）。
Cite as: Meier, T., Laniel, D., & Trybel, F. (2023). Direct hydrogen quantification in high-pressure metal hydrides. Matter and Radiation at Extremes, 8(1), 018401. https://doi.org/10.1063/5.0119159
硅水上层结构和地球地幔中的一维 地球地幔中的超离子通道
据预测，地球深部内部的水是储存在名义上无水矿物中的羟基（OH-），对地幔的结构和动力学都有深远的影响。在这里，我们利用高维神经网络势和机器学习算法来研究大洋俯冲地壳的主要成分--菱锰矿中水的重量百分比。我们发现，菱锰矿和水更喜欢形成中长程有序超结构，具有一维（1D）水通道。我们通过光学和核磁共振波谱对含水菱锰矿的单晶体进行合成，验证了水通道中 OH- 基团的有序性，并发现 H-H 间距平均为 2.05(3) Å，这与模拟结果相吻合。据预测，加热时，H 原子在水通道内会表现得像流体一样，从而形成奇特的一维超离子状态。含水菱锰矿可能具有高离子迁移率和强电各向异性的特点，表现为地球地幔中的电异质
Cite as: Li, J., Lin, Y., Meier, T., Liu, Z., Yang, W., Mao, H., Zhu, S., & Hu, Q. (2023). Silica-water superstructure and one-dimensional superionic conduit in Earth’s mantle. Science Advances, 9(35). https://doi.org/10.1126/sciadv.adh3784
极压条件下氢键对称动力学的结构独立性
对氢键及其在极端条件下的对称性的实验研究主要由衍射方法驱动，尽管直接定位或探测氢子系统存在挑战。直到最近，氢键对称性一直是通过核量子效应、自旋交叉或直接结构转换来解决的；当这些因素结合在一起时，往往会导致相互矛盾的解释。在此，我们介绍了在金刚石砧室中进行的高分辨率原位 1H-NMR 实验，这些实验研究了一系列含有线性 O-H⋯ O 单元的体系，在高达 90 GPa 的压力范围内涵盖了它们各自的 H 键对称性。我们发现核磁共振共振线宽的压力依赖性存在明显的极小值，这与氢迁移率的最大值有关，是氢原子定位的前兆。这些最小值与 O-H⋯ O 单元的化学环境无关，可在 2.44 和 2.45 Å 之间的较窄氧氧距离范围内找到，从而得出平均临界氧氧距离为 2.443 Å。
Cite as: Meier, T., Trybel, F., Khandarkhaeva, S., Laniel, D., Ishii, T., Aslandukova, A., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2022). Structural independence of hydrogen-bond symmetrisation dynamics at extreme pressure conditions. Nature Communications, 13(1), 3042. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30662-4
高压合成氢含量变化显著的七种镧氢化物
在报告了 LaH10 在近常温和高压下的超导性之后，镧氢系统引起了人们的极大关注。根据粉末 X 射线衍射和电阻率数据，我们怀疑合成了 LaH10 以外的其他物相，但尚未确定它们的存在。在此，我们介绍对该体系进行单晶 X 射线衍射研究的结果，并辅以密度泛函理论计算，结果显示在 50 至 180GPa 范围内合成的镧水化物具有意想不到的化学和结构多样性。我们制备了七种镧氢化物：LaH3、LaH~4、LaH4+δ、La4H23、LaH6+δ、LaH9+δ 和 LaH10+δ，并确定了它们结构中镧的原子坐标。这里揭示的稀土元素氢化物的规律性为寻找其他可合成氢化物和候选高温超导体提供了线索。镧水化物中氢含量的变化和样品的相异质性凸显了评估高压水化物中潜在超导相和电子跃迁性质所面临的挑战。
Cite as: Laniel, D., Trybel, F., Winkler, B., Knoop, F., Fedotenko, T., Khandarkhaeva, S., Aslandukova, A., Meier, T., Chariton, S., Glazyrin, K., Milman, V., Prakapenka, V., Abrikosov, I. A., Dubrovinsky, L., & Dubrovinskaia, N. (2022). High-pressure synthesis of seven lanthanum hydrides with a significant variability of hydrogen content. Nature Communications, 13(1), 6987. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34755-y
δ-AlOOH氢键对称化过程中质子隧穿的缺失
δ-AlOOH由于氢键及其相互作用在10 GPa附近的微妙结构转变而具有重要的晶体化学意义。我们在 P21nm 到 Pnnm 结构中进行了一系列基于密度泛函理论的模拟，研究了氢无序的性质和起源、O-H--O 的对称性以及高达 40 GPa 的 δ-AlOOH 高压核磁共振（NMR）实验，目的是更好地描述氢势，从而确定氢无序的性质。模拟预测在 10 - 11GPa 时会出现与核磁共振实验一致的相变，在 14.7GPa 时会出现氢键对称。计算得出的氢势没有显示出任何双阱特征，我们的核磁共振数据中也没有质子隧道的证据。
Cite as: Trybel, F., Meier, T., Wang, B., & Steinle-Neumann, G. (2021). Absence of proton tunneling during the hydrogen-bond symmetrization in δ−AlOOH. Physical Review B, 104(10), 104311. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.104311
一维和二维原位高压核磁共振晶体学
在极端条件下进行原位核磁共振（NMR）光谱分析的最新进展，使得人们能够观测到标准高压实验探针无法观测到的各种物理现象。然而，基于金刚石砧室 (DAC) 的 NMR 实验中固有的二极或四极线宽往往限制了对局部原子结构的详细研究，尤其是在不同相或局部环境共存的情况下。在此，我们介绍了我们在 DAC 中使用一维和二维同核去耦实验（压力高达兆巴级）开发高分辨率 NMR 实验的进展。利用这种技术，光谱分辨率达到了 1 ppm 或更低的数量级，从而实现了高压结构分析。文中介绍的几个实例证明了这种方法在极端条件研究中的广泛适用性。
Cite as: Meier, T., Aslandukova, A., Trybel, F., Laniel, D., Ishii, T., Khandarkhaeva, S., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2021). In situ high-pressure nuclear magnetic resonance crystallography in one and two dimensions. Matter and Radiation at Extremes, 6(6), 068402. https://doi.org/10.1063/5.0065879
致密分子氢中的核自旋耦合交叉
分子氢最显著的特性之一是分子旋转特性与核自旋方向之间的耦合，从而产生了自旋异构体正氢和对氢。在高压下，随着分子间相互作用的显著增加，氢分子的自由旋转越来越受到阻碍，因此可以预见分子旋转特性与核自旋系统之间的耦合会发生改变。迄今为止，高压实验方法还无法观测到压力接近 100 GPa 时的核自旋状态，因此无法直接测量高压对核自旋统计的影响。在这里，我们展示了分子氢在室温高达 123 GPa 的六方相 I 中的原位高压核磁共振数据。虽然我们的测量结果证实了在 70 GPa 以上的低压下存在正交氢，但我们观察到核自旋统计量从自旋-1 四极系统向自旋-1/2 二极系统的交叉，证明了自旋异构体区别的丧失。这些观测结果代表了量子固体核自旋交叉现象的一个独特案例。
Cite as: Meier, T., Laniel, D., Pena-Alvarez, M., Trybel, F., Khandarkhaeva, S., Krupp, A., Jacobs, J., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2020). Nuclear spin coupling crossover in dense molecular hydrogen. Nature Communications, 11(1), 6334. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19927-y
从密度泛函理论看高压冰中的质子动力学-VII
我们利用基于密度泛函理论的方法，探索了冰-VII 的对称性和质子动力学。最近的高压核磁共振实验表明，冰-VII 在 20-95 GPa 的压力范围内具有显著的质子动力学。我们直接对质子看到的电势进行采样，发现在 2 到 130 GPa 的压力范围内，质子动力学伴随着从双阱到单阱的连续转变，这与核磁共振实验结果一致。
Cite as: Trybel, F., Cosacchi, M., Meier, T., Axt, V. M., & Steinle-Neumann, G. (2020). Proton dynamics in high-pressure ice-VII from density functional theory. Physical Review B, 102(18), 184310. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.184310
从高压核磁共振看金属氢化铜中质子的迁移率
通过高压核磁共振波谱（高达 96 GPa）、X 射线衍射（高达 160 GPa）和基于密度泛函理论的计算，研究了 Cu2H 和 CuH 的原子和电子结构。在 40 GPa 的压力下合成了金属 Cu2H，在 90 GPa 的压力下合成了半金属 CuH，发现它们在 160 GPa 的压力下仍然稳定。对于 Cu2H，实验和计算显示氢 1s 态的费米级电子状态密度异常增加，在 43-58 GPa 的压力范围内形成了氢网络，同时 1H 的迁移率高达 ∼10^-7 cm^2/s。将这些观察结果与有关 FeH 的结果进行比较后发现，它们可能是金属氢化物的共同特征。
Cite as: Meier, T., Trybel, F., Criniti, G., Laniel, D., Khandarkhaeva, S., Koemets, E., Fedotenko, T., Glazyrin, K., Hanfland, M., Bykov, M., Steinle-Neumann, G., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2020). Proton mobility in metallic copper hydride from high-pressure nuclear magnetic resonance. Physical Review B, 102(16), 1–8. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.165109
提高稠密分子氢中固态核磁共振的分辨率
由于射频谐振器设计的最新进展，在压力远高于 100 GPa 的金刚石砧室（DAC）中实现了核磁共振。然而，相对较低的分辨率和去耦序列的缺失使 DAC 中固态核磁共振结果的分析变得复杂。在此，我们首次将同核 Lee-Goldburg (LG) 去耦应用于高达 64 GPa 的高密度分子氢。研究发现，基于伦茨透镜的二维谐振器结构可在小至 12 pl 的样品腔中产生均匀的 B1 场，这是实现最佳去耦的先决条件。在理想的 LG 条件下，分子正氢的宽 1H 共振缩小了 1600 倍，线宽为 3.1 ppm。
Cite as: Meier, T., Khandarkhaeva, S., Jacobs, J., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2019). Improving resolution of solid state NMR in dense molecular hydrogen. Applied Physics Letters, 115(13), 131903. https://doi.org/10.1063/1.5123232
用于原位激光加热高压研究的台式核磁共振系统
众所周知，高压核磁共振（NMR）可以揭示物质在极端条件下的行为。然而，迄今为止，超导磁体的大量维护需求、空间要求和高昂成本使其在常规现代高压实验室中的应用变得不可行。在这里，我们介绍一种基于直径 25 厘米、高 4 厘米的哈尔巴赫永久磁铁阵列的台式 NMR 系统。在最高磁场 1013 mT 下，我们在 25 GPa 和环境温度条件下记录了冰 VII 的 1H-NMR 光谱。台式 NMR 系统可与双面激光加热装置一起使用。通过收集 25 GPa 和 1063(50) K 下 H2O 的 1H-NMR 光谱，证明了高压高温 NMR 的可行性。
Cite as: Meier, T., Dwivedi, A. P., Khandarkhaeva, S., Fedotenko, T., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2019). Table-top nuclear magnetic resonance system for high-pressure studies with in situ laser heating. Review of Scientific Instruments, 90(12), 123901. https://doi.org/10.1063/1.5128592
在压力下实现超导
超导是固态物理学中最引人入胜的物理现象之一；然而，在 300 K 左右的技术相关温度下的应用尚未实现。在现代高压实验室中，人们已经能够合成富氢金属氢化物，它们在 260 K（冷冻室中的温度）时就能实现超导。我们拜罗伊特大学巴伐利亚地质研究所（BGI）的研究小组已经开发出一种方法，可以研究这些物质中氢原子的电子特性。
Cite as: Meier, T. (2019). Unter Hochdruck zur Supraleitung. Physik in Unserer Zeit, 50(6), 267–268. https://doi.org/10.1002/piuz.201970606
核磁共振揭示金属铁氢中压力诱导的氢氢相互作用
了解金属氢化物中氢的行为是理解其电子特性的关键。在此，我们对高达 202 GPa 的立方体 FeH 进行了 1H-NMR 研究。我们观察到，在 64 到 110 GPa 之间，理想的金属行为出现了明显的偏差，这表明压力诱导了氢-氢相互作用。随附的 ab-initio 计算也支持这一结果，因为它们揭示了电子密度夹层亚晶格的形成，这增强了氢对费米级电子状态密度的贡献。这项研究表明，在金属氢化物中，压力诱导的氢氢相互作用可以在比以前认为的更低的压缩率和更大的氢氢距离下发生，这为寻找新型高温超导体提供了另一条途径。
Cite as: Meier, T., Trybel, F., Khandarkhaeva, S., Steinle-Neumann, G., Chariton, S., Fedotenko, T., Petitgirard, S., Hanfland, M., Glazyrin, K., Dubrovinskaia, N., & Dubrovinsky, L. (2019). Pressure-Induced Hydrogen-Hydrogen Interaction in Metallic FeH Revealed by NMR. Physical Review X, 9(3), 031008. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.031008
极致： 千兆帕斯卡压力下的核磁共振
在高压容器中实施核磁共振是该领域要求最高的技术工作之一，原因是信号振幅本身较低、共振装置的灵敏度较低，以及在完成实验装置后难以处理和接触样品。下一章回顾了产生超过 1 GPa（10.000 atm）压力的基本原理，随后概述了合适的 NMR 共振器。此外，还将介绍最近在高达 30 GPa 的压力下对相关和不相关电子系统进行的高压实验。
Cite as: Meier, T. (2018). At Its Extremes: NMR at Giga-Pascal Pressures. In G. Webb (Ed.), Annual Reports on NMR Spectroscopy (93rd ed., pp. 1–74). Elsevier. https://doi.org/10.1016/bs.arnmr.2017.08.004
地球中心之旅： 从核磁共振的角度看儒勒-韦尔纳的实验室梦想
高压核磁共振是核磁共振波谱学家最具挑战性的研究领域之一，原因在于其固有的低信号强度、几乎无法接触到的超小型样品以及现代高压容器样品腔内极其恶劣的整体条件。本综述旨在全面概述高压研究课题及其与 NMR 之间相当年轻而短暂的关系。
Cite as: Meier, T. (2018). Journey to the centre of the Earth: Jules Vernes’ dream in the laboratory from an NMR perspective. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 106–107, 26–36. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2018.04.001
观测高压冰中的核量子效应和氢键对称性
由压力诱导的核量子效应（NQEs）引发的氢键体系中的氢键对称性是一个早已为人所知的概念，但在高压冰中的实验证据仍然难以用传统方法找到。理论研究预测，水冰内部质子的量子力学隧道效应发生在压力超过 30 GPa 时，而 H 键对称转变发生在压力超过 60 GPa 时。在这里，我们使用 1H-NMR 对高达 97 GPa 的高压冰进行了研究，结果表明，NQE 主导着冰 VII 中氢键质子的行为，其压力远远低于之前的预期。我们发现，在最高压力为 97 GPa 的情况下，冰 X 仍存在明显的隧道模式，而在完全对称的氢键网络中，NQEs 是不可预期的。我们发现在大约 20 GPa 和 75 GPa 的核磁共振位移数据中有两个不同的转变，这归因于 H 键的阶跃对称。
Cite as: Meier, T., Petitgirard, S., Khandarkhaeva, S., & Dubrovinsky, L. (2018). Observation of nuclear quantum effects and hydrogen bond symmetrisation in high pressure ice. Nature Communications, 9(1), 2766. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05164-x
压力高达 90 GPa 时的 NMR
在过去的 15 年中，核磁共振（NMR）灵敏度和高压 NMR 实验的可触及压力范围都有了惊人的提高，这归功于应用于金刚石压头池（DAC）的 NMR 光谱技术的一系列新发展。最近，通过在环形金刚石压头池中应用电-磁透镜（即所谓的伦茨透镜），实现了高达 72 GPa 的压力，核磁共振自旋灵敏度约为 10^12 个自旋/Hz^1/2。在此，我们介绍了一种精制 NMR 共振结构的实施情况，该结构使用一对双级伦茨透镜，由标准 DAC 内的亥姆霍兹线圈驱动，可在压缩前测量小至 100 pl 的样品体积。利用这种装置，可以反复实现接近 100 GPa 的压力，自旋灵敏度提高到约 10^11 个自旋/Hz^1/2。这些新型 NMR-DAC 的制造和处理相对简单直接，可进一步应用于物理、化学或生物化学领域。
Cite as: Meier, T., Khandarkhaeva, S., Petitgirard, S., Körber, T., Lauerer, A., Rössler, E., & Dubrovinsky, L. (2018). NMR at pressures up to 90 GPa. Journal of Magnetic Resonance, 292, 44–47. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2018.05.002
通过伦茨透镜为超小型样品定制磁通量： 高压核磁共振的新途径
本文介绍了利用电感耦合宽带无源电磁透镜对皮升大小的样品（包括保存在恶劣和极端环境中的样品，特别是在金刚石压头样品池中的样品）进行核磁共振（NMR）光谱分析的新途径，该透镜可局部放大隔离样品的磁场，从而提高灵敏度。这种透镜适用于环形金刚石压头单元施加的几何限制，在压力高达 72 GPa、初始样品体积仅为 230 pl 的情况下产生信噪比。与以前使用的螺线管微线圈相比，相应的检测水平要低四个数量级。长链烷烃 CnH2n+2 (n = 16 至 24) 的二维换向实验，以及胸腺嘧啶 C5H6N2O2 的同核相关光谱分析都证明了这种方法在更高维度 NMR 实验中的可行性，其光谱分辨率至少为百万分之二。这种方法开辟了超高压科学领域，是迄今为止在压力范围内前所未有的最通用的光谱方法之一。
Cite as: Meier, T., Wang, N., Mager, D., Korvink, J. G., Petitgirard, S., & Dubrovinsky, L. (2017). Magnetic flux tailoring through Lenz lenses for ultrasmall samples: A new pathway to high-pressure nuclear magnetic resonance. Science Advances, 3(12), eaao5242. https://doi.org/10.1126/sciadv.aao5242
用于超过30 GPa高压核磁共振实验的砧台密封圈设计
使用射频 (RF) 微线圈和砧台设计进行的核磁共振 (NMR) 实验在高达30.5 GPa的压力下进行了报道。这些是NMR所报告的最高压力，并且通过基于嵌入环氧树脂中的纳米晶体粉末的改进密封圈设计得以实现。立方氮化硼 (c-BN)、刚玉 (α-Al2O3) 或金刚石基复合材料也在NMR实验中进行了测试。这些复合密封圈在30.5 GPa的压力下失去了约一半的初始高度，允许更大的样品量，并防止与沉淀硬化CuBe密封圈相比对RF微线圈的损害。结果表明，与磁性较强的CuBe相比，复合密封圈对NMR位移和分辨率的影响较小。在常压下，灵敏度可以达到相同的水平。因此，这种新的、廉价且易于工程化的密封圈在高压NMR实验中表现优越。
Cite as: Meier, T., & Haase, J. (2015). Anvil cell gasket design for high pressure nuclear magnetic resonance experiments beyond 30 GPa. Review of Scientific Instruments, 86(12), 123906. https://doi.org/10.1063/1.4939057
超过 200,000 个大气压的高灵敏度 NMR
固体的化学或电子结构在压力诱导下发生变化时，由于存在强键合，所需的压力远高于千兆帕斯卡（GPa）范围。砧式样品池设计可以达到这样的压力，但其样品室狭小且大多无法进入，严重阻碍了过去的 NMR 实验。新的样品池设计在高压室中安装了一个射频 (RF) 微型线圈，首次报道了超过 20 千兆帕斯卡的 NMR 实验。对水的 1H NMR 显示了利用该样品室获得的灵敏度和分辨率，而对铜氧化物超导体（YBa2Cu3O(7-d)）的 63Cu NMR 则表明也可以对单晶体进行研究。对三元共晶 AgInTe2 进行的 115In NMR 通过位移和弛豫测量发现了绝缘体-金属转变。压力池可以方便地安装在标准 NMR 探针上，这些探针适合商用宽孔磁铁，具有常规的低温状态，可以进行随场和温度变化的测量，适用于物理和化学领域的许多应用。
Cite as: Meier, T., Reichardt, S., & Haase, J. (2015). High-sensitivity NMR beyond 200,000 atmospheres of pressure. Journal of Magnetic Resonance, 257, 39–44. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2015.05.007
千兆帕斯卡压力下的高灵敏度核磁共振： 在极端条件下探测凝聚态物质电子和化学特性的新工具
核磁共振（NMR）是研究凝聚态系统、其化学结构和电子特性的重要技术之一。施加高压不仅能合成新材料，还能利用已知材料对高压的响应作为研究其电子结构和发展理论的有用工具。例如，高压合成可能是生命起源的关键；了解小分子在极端压力下的行为将有助于我们更好地理解宇宙中的基本过程。因此，能够在高压下使用NMR一直备受关注。然而，所需的压力通常在GPa（千兆帕）范围内，需要使用特殊的砧台装置，这些装置中可用的体积非常小而且封闭。这在过去几乎完全限制了NMR的使用，直到最近，一种高灵敏度GPa NMR的新方法被提出，在样品腔内设置了一个谐振微线圈。该方法使我们能够在高压下进行高灵敏度实验，将NMR的强大功能带入GPa压力的凝聚态物质研究中。首次应用包括在普通铝金属中检测拓扑电子跃迁和在高温超导体中关闭伪能隙，展示了这种方法的强大功能。同时，通过新一代砧台装置（可达10.1 GPa）的使用，可实现的压力范围大大增加，这些装置适用于标准孔径的NMR磁体。由于我们现在可以用一种非常多功能的探针观察结构变化，这种方法可能成为研究许多凝聚态系统、化学、地球化学和物理学的新重要工具。
Cite as: Meier, T., & Haase, J. (2014). High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures : A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions. Journal of Visualized Experiments, 92(92), e52243. https://doi.org/10.3791/52243
用于千兆帕核磁共振的莫桑石砧台设计
介绍了一种新型的非磁性高压砧台设计，用于千兆帕压力下的核磁共振（NMR）实验，该设计在加压区域内使用微线圈实现高灵敏度NMR。这种较小的砧台长度为22毫米，直径为18毫米，因此可以与大多数NMR磁体配合使用。通过外力与内压实验展示了砧台的性能，结果显示使用800微米6H-SiC大锥形Boehler型砧台时，砧台在高达23.5 GPa的压力下表现良好。展示了(1)H、(23)Na、(27)Al、(69)Ga和(71)Ga的NMR测试测量，结果显示分辨率优于4.5 ppm，且信噪比接近最大可能值。
Cite as: Meier, T., Herzig, T., & Haase, J. (2014). Moissanite anvil cell design for Giga-Pascal nuclear magnetic resonance. The Review of Scientific Instruments, 85(4), 043903. https://doi.org/10.1063/1.4870798
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