據(jù)吉林大學(xué)消息：吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬琰銘教授與德國馬普所Eremets 教授和瑞士蘇黎世高工Oganov教授等科學(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(jìn)展，發(fā)現(xiàn)金屬鈉在200萬大氣壓轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;透明”的寬帶 隙絕緣體。這一成果發(fā)表在3月12日最新一期的《自然》（Nature）雜志上（DOI:10.1038/nature07786）。
　　學(xué)術(shù)界一直認(rèn)為：高壓可以有效縮短材料的原子間距，導(dǎo)致材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶展寬，進(jìn)而使絕緣體（或半導(dǎo)體）的價(jià)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(jià)帶和導(dǎo)帶重疊程度進(jìn)一步增大。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(duì)經(jīng)典高壓理論提出 了挑戰(zhàn)，為高壓理論的進(jìn)一步發(fā)展帶來了契機(jī)。
　　馬琰銘教授首先從理論上預(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(dú)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(huì)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(jià)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(jià)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(diǎn)上，晶格間隙中高度局域的價(jià)電子扮演著陰離子的角色。此時(shí)芯 電子對(duì)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(shí)驗(yàn)證實(shí)了馬琰銘教授理論預(yù)言的金屬—絕緣體相變。
　　該工作由吉林大學(xué)、德國馬普所、瑞士蘇黎世高工、美國芝加哥大學(xué)等單位合作完成，吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是第一作者和通訊作者單位。該研究工作得到了科技部973計(jì)劃的資助。