科学家们刚刚发现了一些关于黄金的新知识。当极快地施加极端破碎压力时，仅仅几纳秒，元素的原子结构就会发生变化，变得更像金色的金属。
科学家们刚刚发现了一些关于黄金的新知识。当极快地施加极端破碎压力时，仅仅几纳秒，元素的原子结构就会发生变化，变得更像金色的金属。
这是第一次在黄金中观察到这种结构状态，这表明这些特性可以帮助科学家们更好地理解元素在压力下的行为方式。
黄金是一个迷人的元素。它是最不活跃的，其晶体结构预计在极高的压力下稳定。
黄金中原子的排列遵循所谓的“面心立方”（fcc）结构。简而言之，金中的原子形成立方体，每个角上都有一个原子，每个面的中心有另一个原子（你可以看到下图中的样子）。金，银，铂，银，铝和镍都具有这种结构。
（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
以前的实验表明，在黄金中，即使在地球中心的压力高达三倍的情况下，fcc结构也能保持稳定。在金刚石砧座电池的实验中，这种金属非常适用于制定压力标准的特性之一 - 金刚石砧座电池用于在实验室中产生极高的压力。
但通常，压力逐渐施加。在冲击压缩下，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家现在观察到了一些不同的东西。
在223 GPa（gigapascals） - 这是地球海平面气压的220万倍 - 黄金重新排列成一个不那么紧密的“体心立方”（bcc）结构，这两个结构共存，金属从一个到另一个过渡。
左：bcc结构; 右：fcc结构。（Daniel Mayer / DrBob / Stannered / Wikimedia Commons）
顾名思义，bcc也是一个立方结构，每个角上都有一个原子; 但是，不是立方体每个面上的原子，而是在其中心只有一个（见上文）。Bcc通常见于较硬的金属，如锂，钨，钠，铬和钾。
虽然物理学家熟悉金属制品（如钢铁制造）中 fcc和bcc结构之间的转换，但这种相变并未在之前的黄金中得到证实。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家理查德布里格斯说： “我们在极端状态下发现了一种新的黄金结构 - 在地球中心发现了三分之二的压力。”
“新结构实际上在较高压力下的填充效率低于起始结构，考虑到大量的理论预测指出应该存在更紧密的结构，这种情况令人惊讶。”
该团队也没有停在223 GPa。在最初的冲击之后，他们在加速压力时追踪结构变化。在262 GPa时，相变完成，金开始熔化。在322 GPa - 几乎是地球中心的压力 - 黄金完全是液体，科学家以前没有观察到这种压力水平。
研究人员表示，这对于填写黄金的相变图非常有吸引力，但研究结果也对制造业有更广泛的影响。例如，取决于其温度，铁具有fcc或bcc结构，这对于钢铁制造是重要的 - 较高温度的fcc铁可以比较冷的bcc吸收更多的碳。
但是，相变的确切机制仍然知之甚少。这项研究表明，由于温度和压力，黄金经历了相变 - 这有助于未来的实验，试图找出这种机制。
并且在冲击条件下220 GPa的黄金中fcc和bcc结构的共存表明，三重点 - 其固态，液态和气态形式存在于平衡状态 - 与这些条件相关。
“用于理解高压/高温行为的许多金理论模型并未预测体心结构的形成，” 布里格斯说。
“我们的结果可以帮助理论家在极端压缩下改进他们的元素模型，并期望使用这些新模型来检验化学键合的影响，以帮助开发可在极端状态下形成的新材料。”
该研究发表在Physical Review Letters上。