Only Perception: 彼此疏遠的二原子在壓力下結合，或能形成超導體

2008-01-25

彼此疏遠的二原子在壓力下結合，或能形成超導體

Two aloof elements would bind under pressure, perhaps forming a superconductor, researchers say
http://www.physorg.com/news120411420.html

January 24, 2008

這是個悲慘事實：鋰（Li）與鈹（Be）-- 分別在週期表當中排行 3 與 4 的元素，並不喜歡彼此。

它們是宇宙中二種已知最輕的金屬且數量很多。很遺憾地，彼此厭惡接觸也算在內。

不過情況很快就會改變，Cornell 的研究者表示。給予某些有益的鼓勵，科學家發現這兩種元素能為了某樣東西放棄對彼此的反感，並接近，嗯，像鄰居般的友好（neighborly rapprochement）。它們能夠有些令人驚訝的複雜，而且可能會十分有用的情況中辦到這件事。該研究由 NSF 所支持，出現在 1/24 當期的 Nature 期刊上。

利用由共同作者 Roald Hoffmann，1981 年諾貝爾化學桂冠，與 Cornell 的榮退教授 Frank H.T. Rhodes 所補足的電腦模型，稱為「chemical intuition（化學直覺）」，研究者發現了假設中的狀態，在其中鋰與鈹在 10 萬大氣壓下擠在一起，鍵結形成穩定的 -- 而且可能是超導體的 -- 合金。

雖然這些元素是最簡單的二種，但它們的結合卻是高度複雜，緊緊擠在一起的原子核之間，有成層電子形成類似二維的薄片。"這不是你會預期的東西，" Hoffmann 說。

Ji Feng, Ph.D.，現在是哈佛的博士後研究者，是這篇 Nature 論文的第一作者，共同作者包括 Richard Hennig，Cornell 材料科學與工程助教授，Neil W. Ashcroft，Horace White 物理榮退教授。

Ashcroft 的研究小組首先在 1990 年代預測鋰在高壓下能成為超導體。這個預言很快就被確認。鈹自己並非超導體，Ashcroft 說，不過這個元素的許多特性指出，它能在超導體混合物當中扮演某種角色。

"這個構想最後開始為你所明白：考慮到鋰，當它擠壓的很棒時 -- 我們能以某種方式讓它與鈹結合在一起，接著讓彼此共享有利（favorable）對方的特性嗎？" 他說。

"我們仍不知道它是否會成為優秀的超導體，" 他補充道。但儘管涉及高壓（我們生活的環境是 1 大氣壓）-- 現代技術使得創造出這種化合物並測試它們相對簡單。

儘管如此，地球上的一個超導體若需要不停擠壓至幾百萬個大氣壓，將不太有用。而比擠壓更簡單的是預測：當恢復到正常的大氣壓之後，此合金將保持它們獨特的結構。

所以研究者尋求進行擠壓的新方法。這表示除了機械技術之外，得著眼於化學元素或化合物，那添加到這種混合中，能作為一種壓縮功能。

"某些現代的高溫超導體，當中至少有 6 種以上的元素，" Ashcroft 說。"誰說某些元素提供了超導性這一邊的東西，而其他的在實際上則提供了重要的結合膠水，讓它全都能存在於合理的壓力之下？"

另一方面，數百萬個大氣壓，或更高，則會比所預期的要更加常見。

他說 1 大氣壓不過是我們生活愉快所在之處，那很適合生物，不過宇宙中的物質則經常在極端壓力之下。會有很多領域出自那裡。

藉由二種只能選擇其一的方法來預測分子結構，Hoffmann 提到，這個跨學門的團隊證明了每種方法的效力。其中一個選擇是尋找相關化合物並將這些結構當成模型。另一個則是給予某些規格，設計程式算出能量最低的結構。

"我們用了二種方法，" 他說。"而我認為我們利用了二者的創造力。"

他補充："這只是一長串可能性的開始。這裡有很多空間來玩，甚至是在輕元素當中。"

※ 相關報導：

＊ Emergent reduction of electronic state dimensionality in dense ordered Li-Be alloys
http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7177/abs/nature06442.html