超硬材料國家重點實驗室與德國馬普所等科學(xué)家合作，在高壓下堿金屬鈉的結(jié)構(gòu)相變研究上取得突破性進展，發(fā)現(xiàn)金屬鈉在200萬大氣壓轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴该鳌钡膶拵督^緣體。這一成果發(fā)表在3月12日最新一期的Nature雜志上，超硬材料國家重點實驗室是第一作者和通訊作者單位。

      學(xué)術(shù)界一直認為：高壓可以有效縮短材料的原子間距，導(dǎo)致材料的價帶和導(dǎo)帶展寬，進而使絕緣體（或半導(dǎo)體）的價帶和導(dǎo)帶發(fā)生重疊，發(fā)生絕緣體--金屬相變，或使金屬的價帶和導(dǎo)帶重疊程度進一步增大。超硬材料實驗室馬琰銘教授及其合作者發(fā)現(xiàn)，金屬鈉在高壓下竟然轉(zhuǎn)變?yōu)閷拵督^緣體，這一發(fā)現(xiàn)對經(jīng)典高壓理論提出了挑戰(zhàn)，為高壓理論的進一步發(fā)展帶來了契機。

      馬琰銘教授從理論上預(yù)言：堿金屬鈉在超高壓下將轉(zhuǎn)變?yōu)閷拵兜慕^緣體，絕緣體鈉具有簡單而獨特的晶體結(jié)構(gòu)??c軸高度壓縮的雙六角密堆結(jié)構(gòu)。這是第一次在元素單質(zhì)中發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。通常，堿金屬在高壓下會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。鋰的s電子轉(zhuǎn)移到了p軌道, 鉀，銣和銫的s電子轉(zhuǎn)移到了d軌道，而鈉的電荷轉(zhuǎn)移非常特殊，其s電子卻轉(zhuǎn)移到了p和d軌道，p和d電子的雜化形成了鈉的雙六角密堆晶體結(jié)構(gòu)。令人驚奇的是：絕緣體鈉的芯電子云之間發(fā)生了高度交疊，鈉原子的所有價電子受芯電子排斥而高度局域在晶格間隙之中，這些在間隙中“凍結(jié)”的價電子完全失去了自由電子的特性，使金屬鈉變成了絕緣體鈉。絕緣體鈉的電子特性與最近發(fā)現(xiàn)的新型電子化合物Electride非常相似，陽離子鈉處于晶格的格點上，晶格間隙中高度局域的價電子扮演著陰離子的角色。此時芯電子對原子間化學(xué)成鍵產(chǎn)生了重要影響，從而導(dǎo)致了反常的壓致金屬--絕緣體相變。

      合作者德國Eremets教授課題組利用高壓原位光學(xué)測量、高壓同步輻射X射線衍射和高壓拉曼實驗證實了馬琰銘教授理論預(yù)言的金屬?絕緣體相變。