@ 2015.05.13 , 13:54

科学家发现一种新的物质形态,称作姜-泰勒金属

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一个国际科学家团队公布了他们发现的一种新的物质形态,它集绝缘体、超导体、金属和磁体与一身,有助于科学家们研发出更有效率的高温超导体。

为何这项发现这么令人激动?因为如果这些科学家的声明得到了证实,那么这种新的物质形态将能帮助科学家们更好地理解为何有的材料在相对较高(“高”是相对于零下243.2摄氏度而言的零下135摄氏度)的临界温度时会具备超导特性。超导体在导电时没有电阻,意味着在此过程中不会产生热量、声音或其它形式的能量损失,因此超导体将给人类使用和生产能源的领域带来彻底革新,但前提条件是我们能实现这种所谓的高温条件才行。

正如Michael Byrne在Motherboard网站上解释的那样,当我们探讨物质的形态时,并不仅限于固体、液体和气体,我们还能考虑等离子体。我们也不得不考虑更多自然状态下不会出现的模糊形态,比如一些在实验室里被创造出来的状态,玻色-爱因斯坦凝聚态(玻色子在冷却到绝对零度附近时所呈现出的一种气态的、超流性的物态)、简并态物质(一种高密度的物质状态)、超立体和超流体及夸克胶子等离子体。

日本东北大学的化学家Kosmas Prassides所带领的团队通过将铷原子引入C60(60个碳原子构成的分子)中,改变了碳原子之间的距离,强迫其形成了一种新的晶体结构。当科学家们对其进行一系列测试时,这种晶体结构表现出了绝缘体、超导体、金属和磁体的特性,他们将其称作Jahn-Teller金属。

这种金属的名字来自姜-泰勒(Jahn-Teller)效应[1],该效应形容在低压环境下,电子状态下呈几何排列的分子和离子能发生扭曲,这种新物质状态能让科学家通过简单施压将绝缘体(不能导电)变为导体。Byrne在Motherboard上解释说:

铷原子所做的正是施加压力。一般而言当我们想到施加压力时,会想到挤压某些东西,通过暴力来迫使其分子相互靠近。化学也能通过施加或撤去分子间的某些屏障来改变它们之间的距离。

姜-泰勒金属经历的变化是,施加压力后,先前是绝缘体的东西会变成一种金属,且这种效果能持续一段时间。而分子还能维持其原有的形状。因此这种物质形态会有各种重叠,比如某种材料虽然看上去仍是绝缘体,但实际上材料已经变成了导体。

这是绝缘体和导体之间的一种过渡阶段,暗示着科学家能将绝缘材料变为极具价值的超导体材料。这种C60晶体结构在相对较高的临界温度下也能变为超导体。

在这一发现真正应用到生活中之前,科学家们仍需付出不少努力。不过Jahn-Teller金属相当令人激动,正如加拿大圭尔夫大学化学家Elisabeth Nicol说的那样,理解这种新的物质形态及其在临界温度下发生的改变有助于人们研发新的超导体材料。

本文译自 sciencealert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

[1] 姜-泰勒效应(维基):也被称为姜-泰勒变形,描述了基态时有多个简并态的非线性分子的电子云在某些情形下发生的构型形变。分子发生几何构型畸变的目的是降低简并度,从而稳定其中一个状态。


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