金属内的原子链：四处乱窜，快如闪电

编译／雷鑫宇  审稿／alone  责编／张梦

此前，研究人员在极端压力下进行行星核模拟实验时曾发现了一种奇特的传质现象——原子链以闪电般的速度在固体材料中“四处乱窜”。据美国物理学网站报道，瑞典林雪平大学的研究人员在常规条件下（大气压，低于熔点温度）的纯钛的立方相中也观察到了类似现象。

钛中的传质。

此前，研究人员在极端压力下进行行星核模拟实验时曾发现了一种奇特的传质现象——原子链以闪电般的速度在固体材料中“四处乱窜”。据美国物理学网站10月15日报道，瑞典林雪平大学的研究人员在常规条件下（大气压，低于熔点温度）的纯钛的立方相中也观察到了类似现象。

林雪平大学理论物理学研究人员Davide Sangiovanni说：“新发现可能会改变我们对金属传质的看法。金属传质中蕴含的信息，一直是困扰我们的难题。虽然我们还不确定新发现能产生何种实际意义，但这使我们对材料在不同条件下的性能有了更深刻的理解。由此，我们能够开发出新的材料属性。”Sangiovanni等的相关研究成果已发布于《物理评论快报》杂志。

在金属等固体材料中，原子按照组织良好的晶体结构排列，原子与原子之间保持一定距离。扩散现象通常发生于“少数”原子跃迁到空位（晶体缺陷）时。

然而，对于某些特殊物质，例如高温下的高速离子导体、行星内核中极端压力作用下的超离子冰和铁等，它们的原子/离子链会作为一个整体，突然以惊人的速度移动起来。这一过程发生的时间尺度为皮秒或纳秒，不会影响晶体结构。

这种现象在许多理论论文中均有描述，它被科学家们称为“协同扩散”（concerted diffusion）、“超离子扩散”（superionic diffusion）或“类液体扩散”（liquid-like diffusion）。

钛、锆和铪都属于元素周期表中的IVB族。它们有一些特性，研究人员至今未能解释清楚。Sangiovanni说：“在论文中，我们阐述了这样一个观点，即IVB族金属立方结构中的反常性质源于协同扩散。”

期刊来源：《物理评论快报》

期刊编号：0031-9007

原文链接：

https://phys.org/news/2019-10-chains-atoms-lightning-metals.html

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