金属是如何形成的?

金属是如何成形的:这些似乎是教科书上的问题,答案很简单:金属的特征是自由电子,这些电子可以产生高导电性。但是,金属导带究竟是如何由最初的定域电子形成的呢?所涉及的材料对应的微观图像又是什么呢?

在柏林的BESSY II同步加速器上测量的具有溶解的碱金属的液氨微喷射器的示意图。喷流的底部描绘了金色的金属氨。图片来源:IOCB布拉格

研究背景

溶解在液氨中的碱金属代表了从低浓度的蓝色电解液到具有较高浓度过量电子的青铜或金色金属溶液(电导率与铜线相当)过渡的原型系统。同时,PES是一个理想的工具,以建立电子结构相关的这一转变。

作为一种超高真空技术,PES一直被认为与挥发性液体不兼容,直到液体微射流技术被开发用于水和水溶液。然而,直到2019年,Jungwirth团队与南加州大学和柏林贝西II同步加速器的同事合作,首次在冷冻极性液-纯液氨上成功地测量了PES。

团队负责人Pavel Jungwirth(捷克共和国布拉格IOCB)信誉:布拉格IOCB

研究成果及意义

这一成果为碱金属-液体氨系统的PES研究打开了大门(如在《科学》杂志上报道的),该研究利用软x射线同步辐射PES绘制溶解在液氨中的锂、钠和钾的电解到金属过渡的地图。

通过这种方式,研究人员首次捕获了液氨中多余电子的光电子信号,并将其作为约2ev结合能的峰值。随着碱金属浓度的增加,这个峰值向更高的结合能不对称地扩大,逐渐形成一个带尖锐费米边的导带,伴随等离子体峰,这两者都是初始金属行为的指纹。

连同最先进的电子结构计算,这些测量提供了从非金属过渡到金属的详细分子图像,使研究人员能够更好地了解以高导电率等特性为特征的金属行为的开始。

Pavel Jungwirth总结道:“希望目前关于金属氨的工作将为实现我们最具‘爆炸性’的想法打开道路:通过非常小心地将金属水与碱金属混合来制备金属水。”

文章来源:phys.org