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高压揭开物质不为人知秘密

时间:2017-12-21 01:02 浏览:

注:研究人员发现一种新现象,即在极高的压力下,即使是金属锇的原子核也会彼此发生反应。此基础上,该研究小组发现这样可更容易制备出极端条件下服役的材料。瑞典林雪平大学的一个研究团队,和来自欧洲以及美国的研究人员一起,发现了一个新的现象,在极高的压力下,即便是金属锇的原子核,也彼此发生反应。该研究成果发表在《Nature》期刊上。“如果我们能够更多地了解物质的工作原理,就可以更容易地制造出能够在极端条件下服役的材料。在研究中,我们不断地获得进步,但是这一次我们才真正获得了质的飞跃。”该项目理论团队的带头人Ir Abrikosov教授这样说到。我们已经知道,在高压条件下,物质的性能会发生变化。随着压力的增加,原子之间的间隙减小,而外层电子中高移动价态的电子就会互相发生作用。同时,也是价电子决定了材料的性能。例如,在高压环境下,原来具有导电性的金属如钠变成透明绝缘体,而原来的气体如氧气则会固化并导电。氧气甚至会变成超导体。尽管价电子具有很高的移动性,可内层电子仍稳定地绕着原子核运动。目前为止能够产生的最大压力为400万大气压,也就是400GPa,这个数字接近地壳核心区的压力值。但是,由于设计出一种新的方法,研究人员能够制造出的压力值可以达到地壳核心区的两倍,并且比地球表面的压力高770万倍。同时,在极高的精度下,他们能够测量晶体锇原子的温度和相对位置。锇是密度最高的金属,并且和钻石一样不可压缩。将锇所处的环境压力压缩到这个值以后,研究人员在原子间的距离内发现了异常。“如此高的压力并没有导致价电子的显著变化,这令我们很惊讶。这个现象促使我们重新考虑理论部分。”Abrikosov解释道。随后,通过林雪平大学的国家超级计算机中心的计算,研究人员了解到了在极端压力下最内层电子是如何相互作用的。“这是一个实验和理论材料学研究结合的完美例子。”该文章的联合作者Marcus Ekholm博士说。这项突破是林雪平大学以及德国、美国、挪威、法国和俄罗斯的研究人员长时间合作的结果。德国拜罗伊特大学的研究人员设计出了能够达到原来压力值两倍的方法。这么高的压力可以在比地球大的星球芯部找到。“之前从未观察到内层电子之间的相互作用,而这个现象表明我们可以开始寻找物质一系列新的状态。”Abrikosov教授说,“我们很高兴,而这也为未来的研究带来了许多问题,这同样也令我们激动。”译者:杨文柱  冯阳阳   审核:冯路开原文链接  加入我们  转载申请