既是固體又是液體，科學家發現二態共存物質，未來應用前景廣闊！

科學前沿觀天下 篤學明理洞寰宇

眾所周知，物質的存在方式有很多種，但在絕大多數人的認知當中，任何物質都只能以固、液、氣三態中的一種形式而存在。然而不久之前，科學家們卻首次發現，同一物質可能同時以兩種形態存在！

這種奇妙的物質就是金屬鉀，它可以實現同時以固態和液態兩種形式存在，前提條件是需要施加極端的壓力和溫度。換句話說，就是你有一大塊鉀，它可以既結實又具備流動性。正如愛丁堡大學的物理學家安德烈亞斯赫爾曼在國家地理雜誌上所言：「這就像吸滿水的海綿開始滴水，但讓你想不到的是，海綿也是用水製成的！」

金屬鉀的分子結構極為簡單，它擁有大多固體物質都具備的整齊劃一的晶格結構。但當遇到極端條件時，很多金屬都會發生奇怪的變化。例如導電的金屬鈉會在高壓下成為絕緣體、鋰在高壓和低溫下會成為超導體等等。

學者們曾經在高壓條件下對金屬鉀開展相關實驗研究，結果表明，它的原子組織呈現出一個複雜的排列方式，即正方形中有五個原子管，四個處於角落處，一個在中間，又通過四條原子鏈相連接。當對其加熱時，原子鏈就會消失，研究人員稱之為「鏈熔化轉變」，並認為隨著鉀的原子鏈溶解，其內部原子排布從有序變成了無序。

為了弄清楚為什麼會發生這種情況，在最新的研究中，研究人員使用神經網路-Al計算機來模擬觀察極端條件下大約20,000個鉀原子的行為。發現當壓力和溫度足夠高時（大約2000-4000Mpa），鉀原子排列在相互連接的鏈和晶格中，晶格原子之間的化學相互作用很強。但當溫度提升至400-800K之間時，它們雖然仍然是有序的固體。但鏈條卻融化變成無序的液態。

該團隊將這個新狀態稱為「鏈熔融階段」，並認為它可以在適當條件下存在於包括鈉和鉍在內的各種材料中，只是誘導該狀態所需的條件可能與鉀不同。這對未來材料學的發展可謂一個新突破。

鉀是我們所知道的最簡單的金屬之一，但顯然，它並不普通。該研究團隊已經證實，處於鏈熔融階段的物態物理化學性質較穩定，且由固體和液體共同組成。如果未來能夠在其他材料中創造出這種不尋常的狀態，必定會擁有未知但廣闊的應用前景。

該項研究成果將於近期在PNAS上發表。

信息源：PNAS、National Geographic

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