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颠覆认知!既是固体又是液体,最简单的金属可同时以两种形态存在

时间:2019-11-28 来源:安洁窝

科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇

众所周知,物质的存在方式有很多种,但在绝大多数人的认知当中,任何物质都只能以固、液、气三态中的一种形式而存在。然而不久之前,科学家们却首次发现,同一物质可能同时以两种形态存在!

颠覆认知!既是固体又是液体,最简单的金属可同时以两种形态存在

这种奇妙的物质就是金属钾,它可以实现同时以固态和液态两种形式存在,前提条件是需要施加极端的压力和温度。换句话说,就是你有一大块钾,它可以既结实又具备流动性。正如爱丁堡大学的物理学家安德烈亚斯赫尔曼在国家地理杂志上所言:“这就像吸满水的海绵开始滴水,但让你想不到的是,海绵也是用水制成的!”

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金属钾的分子结构极为简单,它拥有大多固体物质都具备的整齐划一的晶格结构。但当遇到极端条件时,很多金属都会发生奇怪的变化。例如导电的金属钠会在高压下成为绝缘体、锂在高压和低温下会成为超导体等等。

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学者们曾经在高压条件下对金属钾开展相关实验研究,结果表明,它的原子组织呈现出一个复杂的排列方式,即正方形中有五个原子管,四个处于角落处,一个在中间,又通过四条原子链相连接。当对其加热时,原子链就会消失,研究人员称之为“链熔化转变”,并认为随着钾的原子链溶解,其内部原子排布从有序变成了无序。

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为了弄清楚为什么会发生这种情况,在最新的研究中,研究人员使用神经网络-Al计算机来模拟观察极端条件下大约20,000个钾原子的行为。发现当压力和温度足够高时(大约2000-4000Mpa),钾原子排列在相互连接的链和晶格中,晶格原子之间的化学相互作用很强。但当温度提升至400-800K之间时,它们虽然仍然是有序的固体。但链条却融化变成无序的液态。

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该团队将这个新状态称为“链熔融阶段”,并认为它可以在适当条件下存在于包括钠和铋在内的各种材料中,只是诱导该状态所需的条件可能与钾不同。这对未来材料学的发展可谓一个新突破。

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​钾是我们所知道的最简单的金属之一,但显然,它并不普通。该研究团队已经证实,处于链熔融阶段的物态物理化学性质较稳定,且由固体和液体共同组成。如果未来能够在其他材料中创造出这种不寻常的状态,必定会拥有未知但广阔的应用前景。

该项研究成果将于近期在PNAS上发表。

信息源:PNAS、National Geographic