压力诱导材料的金属-绝缘体-金属状态的转变

　　最近发现，某些种类的金属在一定的压力下会转变为绝缘体，压力继续改变，其又恢复金属态，这些转变的发生是由材料基本结构内部的电子位置决定的。其对于寻找新能源材料有一定的影响。

　　锂在一定的压力下，不寻常绝缘态的局部电子视图

　　金属是一类能够传导电流的物质，而其它不能传导电流的材料则被称为绝缘体。在低温下，所有的材料都可归类为绝缘体或金属。

　　通过改变周围的条件，特别是通过把它们放置在一定的压力下，绝缘体可以转变为金属。长久以来，人们相信，一旦材料在压力下转变为金属，随着压力的增加它会永远保持下去。而这种想法可以追溯到上世纪初期几十年量子力学诞生的时候。

　　但最近发现，某些种类的金属在一定的压力下会转变为绝缘体--这是一个以前认为不可能的重大发现。

　　例如，在790000倍的正常大气压(80千兆帕)下，锂从金属导体变为半导体，然后在大约120万倍常压(120千兆帕斯卡)下，其再次完全变成金属。在大约180万次正常大气压(180千兆帕)下钠转变为绝缘状态。而据估计，钙和镍在恢复到金属态之前具有类似的绝缘状态。

　　赫姆利和诺莫夫想弄清楚这些意想不到的金属 - 绝缘体 - 金属这一过渡的统一物理结构。

　　“我们发展的理论，有助于我们预测，金属在何种压力下会变成绝缘体，以及在何种状态下，绝缘体会再次转变为金属。”纳乌莫夫说。

　　这些转变的发生是由材料基本结构内部的电子位置决定的。通常绝缘体变为金属是由于材料中原子间距的减小。赫姆利和诺莫夫证明，一个金属要转变为绝缘体，这些减小的空间重叠必须组成以前未识别的特定类型的不对称结构。在这些条件下，电子集中在原子之间不自由流动，正如它们在金属中一样。

　　“这又一次证明了极端压力是一个重要的手段，它可以在基础水平上推进我们进一步了解材料性能的原则。这项工作有助于我们寻找新能源材料。”赫姆利说。