金属水素（きんぞくすいそ、英: Metallic hydrogen）は、水素が超高圧下で金属的性質を持つようになった状態。縮退物質の一例である。

現在も実験室で金属水素を生成することはできておらず、「高圧物理学の聖杯」と呼ばれる。
歴史
理論的な予測
圧力下での水素の金属化

1935年、ユージン・ウィグナーとHillard Bell Huntingtonは、25GPa程度の超高圧で、水素原子は電子を保持できなくなり、金属的な性質を示すことを予測した[1]。それ以降、金属水素は、「高圧物理学の聖杯」と呼ばれるようになった[2]。必要な圧力についての当初の予測は低すぎたことが後に証明された[3]。ウィグナーらによる最初の研究以降、様々な理論計算が行われ、高いが実現可能な程度の圧力が示された。水素の金属化のために、地球の中心部よりも大きい500GPa以上の圧力を作り出す技術が開発された[4]。
液体の金属水素

ヘリウム4は、零点エネルギーが高いため、通常の圧力と絶対零度近くの温度では液体である。高密度状態では陽子の零点エネルギーも高く、配列エネルギーは高圧で減少すると考えられている。Neil Ashcroftらは、縮退水素で融点が最大値になるが、400GPa程度で、低温でも水素が液体金属になる密度の範囲があると主張した[5][6]。
超伝導性

1968年、Ashcroftは、金属水素は、既知の候補金属よりもずっと高い室温程度で超伝導性を示し得ると主張した。この説は、音速が非常に速いこと、伝導電子とフォノンの結合が強いと思われることから考えられた[7]。
量子流体の新しいタイプの可能性

物質の「超」状態として、超伝導、超流動（液体及び気体）、超固体が知られている。Egor Babaevは、水素や重水素が液体金属状態を取る場合、それらは磁壁の中で安定に整列し、超伝導とも超流動とも分類できない2つの新しいタイプの量子流体「超伝導超流動」か「金属超流動」の状態を取りうると予測した。このような流体は、外部磁場と回転に高い反応性を持つと予測され、Babaevの予測を実証することができると考えられた。また、磁場の影響下では、水素は超伝導から超流動、また逆に超流動から超伝導に相転移を起こすことが予測された[8][9][10]。
必要な圧力を減らすリチウム添加

2009年、Zurekらは、リチウム合金LiH6が水素の金属化に必要な圧力の4分の1で安定となり、同様の効果は、任意のLiHnでも成り立つことを予測した[11]。
実験
衝撃波による水素の金属化

1996年3月、ローレンス・リバモア国立研究所の研究グループは、0.6 g/cmの密度の水素に数千ケルビンの温度と100GPa以上の圧力を数マイクロ秒間かけ[12]、初めての金属水素を思いがけず発見したと報告した[13]。研究チームは金属水素ができることを期待していなかったため、当時必要だと思われていた固体水素を用いず、また金属化理論から導かれる温度よりも高温で実験を行った。250GPa以上の圧力をかけるためにダイヤモンドのアンビル中で固体水素を圧縮していた以前の実験では、検出可能な金属化は見られなかった。研究チームは、予測される電気伝導度の変化を測定する目的で、ミサイルの研究に用いられていた1960年代のライトガスガンを用いて、0.5mmの厚さの液体水素サンプルが封入された容器に衝突板を発射した。液体水素は、電気抵抗を測定する装置に繋がったワイヤと接触していた。研究チームは、圧力が140GPaまで上がると、電気抵抗として測定される電気エネルギーのバンドギャップがほぼゼロに低下することを発見した。非圧縮状態での水素のバンドギャップは約15電子ボルトで絶縁体となるが、圧力が非常に大きくなるとバンドギャップは0.3電子ボルトまで徐々に低下する。液体の熱エネルギー（圧縮のため、温度は3000K程度になる）が0.3電子ボルト以上のため、水素は金属状態にあると考えられた。
1996年以降のその他の実験