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研究人员:价电子保持束缚而不能移动
时间:2021-08-16 08:40:37

据外媒报道,每个孩子都知道水能导电--但这是指“正常的”含有盐的日常水。而纯净的蒸馏水几乎则是完美的绝缘体,它由水分子组成,通过氢键松散地连接在一起。价电子保持束缚而不能移动。为了创造一个带有自由移动电子的传导带,水必须被加压到这样的程度,从而使外层电子的轨道重叠。

然而一项计算表明,这种压力只存在于像木星这样的大行星的核心。

提供电子

来自11个研究机构的15名科学家组成了一个国际合作小组,他们首次使用了一种完全不同的方法来生产具有金属性质的水溶液并记录了BESSY II的这种相变。为了做到这一点,他们使用碱金属做实验,因为碱金属很容易释放其外层电子。

避免爆炸

但碱金属和水之间的化学反应是爆炸性的。钠或其他碱金属在水中立即开始燃烧。但研究小组发现一种让这种暴力化学得以检查的方法:他们不再扔一块碱金属成水,相反,他们把少量的水滴入碱金属--钠钾合金(Na-K)中。该合金在室温下为液态。

BESSY II实验

在BESSY II,研究人员在U49/2束线上的SOL?PES高真空样品室中进行实验。样品室包含一个精细的喷嘴,液体Na-K合金从其中滴下。银色的液滴生长了约10秒钟,直到它从喷嘴上脱落。随着液滴的增长,一些水蒸气流入样品室并在液滴的表面形成一层极薄的皮肤,其只有几层水分子。这几乎立即导致电子和金属阳离子从碱合金溶解到水中。水中释放的电子就像传导带中的自由电子。

金属皮肤水

“你用肉眼就能看到金属水的相变!银色的钠-钾液滴本身覆盖着金色的光芒,这是非常令人印象深刻的,”Robert Seidel博士报告称。他监督了BESSY II的实验。这层薄薄的金色金属水在几秒钟内仍旧可见。这使得布拉格捷克科学院Pavel Jungwirth教授领导的团队通过BESSY II和布拉格IOCB的光谱分析证明了它确实是金属状态的水。

金属相指纹

金属相的两个决定性指纹是等离子体频率和传导带。研究人员确定下这两个使用光学反射光谱和同步加速器X射线光电子能谱学的量:当为金色的等离子体频率时,金属“水皮肤”约2.7 eV(即蓝色可见光范围);传导带的宽度约有1.1 eV并有锋利的费米边缘。Seidel说道:“我们的研究不仅表明金属水确实可以在地球上产生,而且还描述了跟它美丽金色金属光泽相关的光谱特性。”

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