在地球表面，所有物体均承受着大气的压力。在地面是一个标准大气压，而在8848米的珠峰顶上大气压力则为0.3。再看一下地球内部，在深度约11000米的海底，其水的压力相当于1000个大气压，而在铁水沸腾的高温高压的地球中心则高达360万个大气压。
据日本物质研究所关根研究员介绍，由他们研制的“二段式氢气枪冲击压缩合成装置”已能制造出400万个大气压的超高压状态，是目前世界上最高级别的超高压环境。在这种环境下，金刚石的体积将被压缩至原来的70%。
关根研究员认为，目前虽然尚未发现比金刚石更硬的物质，但金刚石最多在10万个大气压下就能制造出来，若在更高的压力下，很有可能存在着比金刚石更硬的物质。
不只限于金刚石，任何物质只要处在极限的超高压环境下，都能变为具有金属性质的物质。因为在高压下，物质中原子的距离被缩短，使得原子周围的电子能在物质中自由运动。也有可能在中间阶段会出现像半导体、超导体那样具有新的性质的状态。
利用冲击力产生高压环境
所谓400万个大气压的超高压环境是通过一个被称为“弹体”的物体撞击试样来实现的。恰如“二段式氢气枪”这一名称那样，“弹体”经过两个阶段的加速后飞向目标。
整个工作过程如下：先是火药室的火药起爆，爆炸力推动压缩管内的活塞压缩氢气，被压缩的氢气击发发射管内质量为10～15克的“弹体”，当“弹体”以每秒6000米的速度撞击置于试样室内的试样时，就产生了400万个大气压的超高压状态。整个时间过程为10毫秒左右。此时试样的瞬间温度高达7000摄氏度。
致力于陨石之谜的研究
关根研究员他们已通过超高压实验得到了一种称之为“立方晶氮化硅”的陶瓷，它的密度比传统的氮化硅高1.3倍，虽然硬度不及金刚石，但可归为高硬度物质。目前他们正在研究其化学性质，也许从中能发现这种陶瓷具有某种新的性质。
据关根研究员介绍，他们还在利用“二段式氢气枪”进行陨石结构之谜的研究。先前一直认为，大多陨石是不含水份的。因为当陨石从太空坠落时与大气剧烈摩擦而使水份丧失贻尽。但现在也有一种与此相反的观点，认为陨石原本就不含水份的。
为了揭开这个谜，研究人员进行了冲撞实验，发现在太空中陨石之间的相互碰撞也能失去水份。就是说原本含水的陨石因互相碰撞而失去了水份，这似乎符合先前的理论。对此目前还不能下结论，但如果目前正在太空中运行的“隼鸟”号小行星探测器从太空中带回陨石样品的话，也许能解开这个谜底。
关根研究员很想在不远的将来实现600万个大气压的环境实验，届时，制造出比金刚石更硬的物质也就指日可待了。
用超重力场发现新物质
地面上所有物体都因重力而被地球吸引。比如，将一个物体从距地面5米处自然下落时，到达地面的时间约为1秒。而日本熊本大学真下助教授等人开发研制的“超重力场发生装置”所产生的重力场是地面的100万倍。设地面重力为1，在这一环境下进行先前的落体实验的话，物体到达地面的时间仅为千分之一秒，相当于白矮星附近的重力场。
重力与气体压力不同，它是作用于单一方面的。由于构成物质的原子是各自独立存在的，因此在这样的超重力场下会出现一种有趣的现象——合金等固体中的重原子会下沉到轻原子之下。
当我们将泥浆水放入杯中，泥沙会沉淀于杯底。在重力相当于地面1万倍时，1微米以下（千分之一厘米）肉眼看不到的物质开始下沉。若再将重力提高到相当于地面100万倍时，连固体中原子的位置也改变了。结果很有可能诞生出通常根本不存在的、具有全新组份或结构的新物质。
超重力场的产生
“超重力场发生装置”实际上是一个每分钟19万转的超离心机，通过离心力形成了超重力场。实验的过程首先将暴露在超重力场的试样置于旋转体内部加以密封，以每秒500转的转速逐步提升，约10分钟就可达到超重力状态。
据真下助教授介绍，这个装置能保持100个小时的超重力状态。并且通过辐射加热，可使内部温度升至500摄氏度以上。物质中原子在超重力、高温状态下缓缓移动（沉降）后待温度降到常温时，就形成了稳定的偏结构。
目前在生化等领域应用的离心机，离心力是地面重力的80万倍左右。这类装置主要是在室温环境下用于液体中物质的离心处理，但移动不了固体中的原子。过去曾有这样的例子，对某种金属进行离心处理时，金属内的杂质发生了移位。但是，对构成合金等固体的原子进行成功移动还是首例。
操纵原子的排序
真下助教授等人将由铟和铅组成的合金置于超重力场时，发现原子各自相对于重力方向作逆向偏移的现象。铟、铅的原子量分别为115和207。较重的铅原子因超重力而“下沉”，出现了合金内部“下方”铝原子聚集现象。相反，越是“上方”铅原子的浓度越低，而铟原子的浓度呈梯度上升，最终形成了上下方完全不同的结晶结构。研究人员认为，在合金及化合物等由多种原子组成的物质中，各原子间的作用力是势均力敌的。由于超重力场具有打破这种平衡的能量，若能很好地加以利用，操纵控制物质内部的原子排序已不再是梦想。
若研究进展顺利，就有可能操控原子制造出纳米级的物质，以及控制分子的结构制造出排序整齐的新物质。
研究人员目前正期待通过这世界上唯一的超重力场研究，诞生出只有在超重力场下才能得到的高性能半导体等新材料。
超强磁场揭示电子性质
磁针能指示地球的南北向，这是因为地球是个“大磁铁”。地表的磁场强度为0.5高斯（两万分之一特斯拉），物理实验用的永久磁铁的磁场为地磁的2万倍，即1特斯拉。
东京大学物性研究所的“电磁浓缩超强磁场发生装置”产生的超强磁场为600特斯拉，分别为永久磁铁和地磁的600倍和1200万倍，可以说是目前世界上最强的人造磁场。据该所的狱山教授介绍，物质中的电子决定了物质的性质。磁场是确切了解物质中电子状态的常规手段，磁场强度越高，越能揭示电子所隐含的秘密。
电子在磁场中具有不停旋转的“回旋运动”性质。像电子那么小的物质是通过解释微观世界的“量子力学”来研究的，以此方法，磁场越强，电子回旋运动的半径越小，电子被封闭在一个极小的区域。例如，目前引人注目的纳米电子学，其关键就在于如何控制封闭在纳米尺度内的电子。而利用超强磁场实验研究也许能够揭示这类电子的性质。
另外，人们所期待用于磁悬浮及输电线等领域的高温超导体也寄希望于超强磁场的实验成果。据研究人员介绍，电流会产生磁场，超导状态在强磁场下会受到破坏，因此流过的电流大小应有个界限，了解这个界限是一个非常重要的课题。最近，该研究所己从超强磁场实验中掌握了某高温超导体在多大的磁场强度下，其超导状态受损的数据。
超强磁场的产生
高达600特斯拉的超强磁场实际上产生于3特斯拉的磁场。首先在环状的一次线圈内嵌入相同环状的金属“密封圈”，它们之间预先注入了3特斯拉磁场。当此状态下让一次线圈通过4兆安倍的大电流时，根据电磁感应定律，密封圈上产生与一次线圈反向的电流。通常由于反向电流间发生反作用力，一次线圈便向外侧扩张；相反，密封圈则向内收缩。于是，原有的磁场也被压缩，圆环的中心部位就产生了600特斯拉的磁场。
这个超强磁场存在的时间非常之短，仅为50微秒左右，所以必须要在这瞬间内进行各种测量。而且，在超过100特斯拉磁场的环境下，无论用多么坚固的材料做成线圈，也不能保持线圈的完好性，所以超强磁场实验的前提就是“损坏”。
目前，在强磁场研究领域也在进行磁场为100特斯拉以下的“非损坏型”实验。但是，刚才所介绍的某高温超导体的研究是在220特斯拉的强磁场环境下做的，若非“损坏型”超强磁场实验是无法得到以上数据的。
中子星附近的电子也是研究对象
超强磁场下的物质研究也能应用于宇宙远处发生的现象。理论预测中子星能产生1亿特斯拉的超强磁场，在这种环境下，氢原子电子轨道沿着磁场方向变得细长，这些氢原子形成的状态宛如一串念珠。研究人员目前正欲在超强磁场环境下对半导体中的电子进行研究，以期发现电子平时根本不存在的性状。
迄今为止，在强磁场下物质的未知性质已显露端倪。1985年和1998年，“量子霍尔效应”和“分数量子霍尔效应”研究分别被授予诺贝尔物理学奖，这两个效应都是强磁场下发现的新现象。因此可以说这是一个近年来令世人瞩目的领域。
二段式氢气枪冲撞压缩装置