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超高压下凝聚态物质研究获重大突破

发布时间:2017-12-03 阅读:

  超高压凝结物的研究已经取得重大突破

  吉林大学超硬材料国家重点实验室,瑞士苏黎世马克斯普朗克研究所,美国芝加哥大学,973项目“超高压下凝聚态物质的几个前沿问题”项目的支持下,科学家们在高压下碱金属钠的结构相变方面取得突破,发现在200万大气压下,具有优异导电性的金属钠变成了“透明”的非导电绝缘体。这一成果发表在3月12日的“自然”杂志上。学术界一直认为,高压可以有效缩短材料间的原子间距离,导致材料价带和导带增宽,使绝缘体(或半导体)价带和导带重迭,将绝缘体诱导成金属;或金属价带和导带重迭进一步增加,使金属增强。然而,马燕明教授和他的合作者的研究发现,金属钠在高压下变成不导电的绝缘体。这一发现对经典的高压理论提出了挑战,为高压理论的进一步发展提供了机遇。研究发现绝缘子在高压下的钠具有简单独特的晶体结构-c轴高度压缩的双六角密堆结构。这是第一次在元素中发现这种结构。与此同时,绝缘子中的核心钠云之间存在高度的重迭。所有作为导电的价电子由于核心的电子排斥而被“冻结”在晶格空间中,并完全失去其自由电子特性。所以钠金属不再有能力成为绝缘体。这项工作表明,当原子核电子对化学键有重要影响时,会产生在常规条件下难以观察到的新现象和新效应,这些现象不能用传统的化学键 - 电子键理论来解释。地球,行星和天体都处于压力之下,压力从零到几千万大气压。可以预见的是,具有与绝缘体相似钠特性的新物质可能在宇宙中广泛存在。因此,这一研究对人类对宇宙行星和天体内部结构的认识具有重要的指导意义。

关键词: 社会科学