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首次发现同时是液体和固体的物质

物质可以表现出各种各样的形状,但我们大多数人都听说过最基本的三种形态:固态,液态和气态。现在,科学家们首次发现,物质可以同时以两种形态存在。

明确点说,金属钾可以同时是固体和液体——只需施加极端压力和极端温度即可。

爱丁堡大学的物理学家Andreas Hermann告诉《国家地理杂志》说:“这就像攥着吸满水的海绵挤出水,但海绵本身也是用水制成的。”

钾很简单。它具有常见固体形式干净、基本的晶格结构。但是一旦施加极端条件,简单的金属就会发生奇怪的事情。

例如,我们知道导电金属钠在高压下变为绝缘体。锂在高压和低温下成为超导体。

先前对钾进行的高压实验表明,它的原子组织成复杂的形式——有五组原子构成管状结构,四个分别位于正方形的顶点,一个在几何中心;它们之间由四条原子组成链相连。点击查看俯视示意图

当加热时,链会消失;研究人员称之为“链熔化转变”。

为了弄清楚为什么会发生这种情况,在最新的研究中,研究人员使用强大的计算机模拟大约20000个钾原子在极端条件下的行为。

当压力和温度足够高时——大约2到4千兆帕斯卡——钾原子排列在相互连接的链和晶格中。

晶格原子之间有很强的化学相互作用,因此当温度在400到800开尔文之间时,它们仍然是有序的固体。但与此同时,原子链条融化成无序的液态。

该团队将这个新状态称为“链熔融阶段”,并相信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——具体的诱导条件可能与钾的不同。

“钾是我们所知道的最简单的金属之一,但如果你使劲挤压它,它也会形成非常复杂的结构。”Hermann说,“我们已经证明,这种不寻常但稳定的状态同时兼具固体和液体的特征。如果在其他材料实现类似的不寻常状态,可以发展出各种各样的新奇应用。”

该研究将发表在PNAS上。

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