分析鈉的高壓轉變，揭示恆星、行星內部結構

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作者 Emma stein∣發布日期 2024年01月03日 11：59

當進入行星、恆星內部等各種極高壓環境，物質會在原子層面發生變化，比如鈉從閃亮的灰色金屬轉變為透明玻璃狀絕緣體。最近，一項研究揭開這種特殊高壓現象背後的化學鍵結。

科學家正在回答很簡單的問題：為什麼鈉會成為絕緣體？元素和化合物在高壓力下如何表現？研究物質高壓中的變化，能讓我們更釐清恆星內部結構、行星磁場如何產生、恆星和行星如何演化等問題。

我們曾經認為材料在高壓條件下都是變成金屬，比如構成木星核心的金屬氫，但已故物理學家Neil Ashcroft在20年前的論文發現，有些材料如：鈉，受高壓擠壓後實際上可從金屬變成不導電絕緣體或半導體，他們推測鈉的核心電子在極端壓力會彼此相互作用，也與外部價電子作用。

理論上講，高壓本質是將鈉的電子從原子中擠出到原子之間的空域，稱為電子化合物狀態（electride state），導致鈉從閃亮金屬變成透明絕緣體，但新的量子化學計算表明，電子化合物狀態的出現可以透過化學鍵解釋，而電子仍然是原子一部分。

研究人員指出，高壓導致電子在各自原子內佔據新的軌道，然後這些軌道相互重疊形成化學鍵，導致間隙區域出現局部電荷集中。

這項研究能幫助我們理解恆星、行星內部不斷增加的壓力如何重新排列材料原子結構，雖然我們很難進行複製木星深層大氣的實驗，但可以透過計算，在某些情況下以高科技雷射模擬這些條件。