一系列的特写照片的液滴从白银和黄金变为紫色

来源:©Philip E梅森et al / Springer大自然有限公司2021

当水蒸气添加到真空室,钠钾滴把黄金作为水表面金属化。增加电子本地化几秒钟后将滴紫色

研究人员创建了一个瞬态的金属水——这已经预测只存在巨大的行星和恒星内部的巨大压力下,在非常低的压力通过掺杂电子从液态合金。

在强烈的压力,水可能成为金属作为其电子轨道压在一起。这样敷金属可能有助于解释行星的磁场像天王星和海王星吗。但创造地球上迄今为止不可能因为它需要在实验室压力目前无法访问。

原则上,任何绝缘子——如纯净水——应该成为金属在足够高的压力。每个水分子的价电子将成为集体电子属于整个材料,您创建一个等离子体从本质上讲,“解释道帕维尔Jungwirth在布拉格,捷克科学院领导了这项研究。

对水的模拟预测,这需要大约5000万个大气压的压力。研究人员因此决定涂料材料如半导体。“我能想到的只有一种大型涂料水电子,溶解碱金属。但这个反应通常是太放热,突然。一个小小的技术问题是它爆炸,“Jungwirth说。

研究人员因此相反:加水液态钠钾合金。他们滴合金慢慢从喷嘴进入真空室中含有微量的水蒸气- 107atm。

水吸附到液滴的表面,发生两件事:电子从碱金属卷入水中,和水与金属反应生成氢氧化物。然而,随着电子比原子更轻、更移动,他们的溶解速度远远超过发生化学反应。研究团队可以因此electron-doped水持续几秒钟。

计划显示放大版本的液滴,surrrounded金属水层

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因为电子光和移动,他们卷入hydroxyde-producing反应前的水层之间的碱金属和水

研究人员发现,当液滴形式,他们立即把黄金、青铜、紫色和最后,8秒左右后,白色的。金色的颜色表明等离子体形成——这只发生在金属材料包含的自由电子。Jungwirth认为随后的颜色变化青铜和紫色可能是由于增加电子本地化作为额外的水减少的掺杂程度。白色的颜色是由于氢氧化最终形成。额外的光谱调查使用同步加速器x射线光电子能谱研究结果证实。

物理学家马吕斯Millot加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的激光冲击压缩实验证明超离子导体上的冰海王星和天王星,印象深刻。“这真的很酷,”他说。“我从来没有想过这样一个实验是可能…我必须读一标题三次检查,这是真正持久的秒。在我们的动态压缩实验中,你通常nanosecond-timescale做实验,或者如果它是真正的长寿,也许是微秒。

虽然Millot同意Jungwirth掺杂状态没有提供直接的信息预测高压金属冰,他补充道:“因为样本持续秒…也许我们应该用激光冲击压缩它,看看我们可以创建什么样的奇怪状态。”