金屬化現象

金屬化現象（metallized phenomena）是指高壓下物質從非金屬態變成金屬態的現象。1925年英國物理學家J.伯納耳提出：任何材料在足夠大的壓力下都可能變成金屬。這是高壓所產生一種特有的相變。近代高壓物理的發展，證明了它的正確性。相應的相變壓力稱為金屬化壓力。金屬化的特點是相變後的物質的電阻率降低幾個數量級，電阻率的溫度係數從相變前的負值變為相變後的正值。

基本介紹

• 中文名：金屬化現象
• 外文名：metallized phenomena
• 特徵：高壓下物質從非金屬態變成金屬態

早期研究

早期金屬化相變的研究，主要在相變壓力範圍較低的半導體金屬化相變領域。隨著高壓技術的發展，進入了百萬大氣壓的研究範圍，超高壓下絕緣體金屬化相變乃至超導的研究已成為高壓物理的前沿課題，其中金屬氫的問題更引人注目。雙原子分子晶體，如碘﹑氧﹑氮﹑氫等物質的金屬化相變研究不斷取得進展。碘在16吉帕時電阻急劇下降，發生金屬化，但此時仍為分子相。當壓力升至21吉帕時，才發生分子拆鍵相變成為原子金屬相。氧在95吉帕左右有金屬化相變，並成為超導轉變溫度T_c=0.5K的超導體。根據理論預言，氮的金屬化相變壓力在300吉帕以上，氫的金屬化相變壓力更高。硼在160吉帕金屬化，在175吉帕時成為T_c=6K的超導體，250吉帕時的T_c=11.2K。硫在90吉帕金屬化，成為T_c=5K的超導體，150吉帕時的T_c=17K。離子晶體碘化銫在115吉帕金屬化，繼而在180吉帕成為超導體，最高超導轉變溫度為2K。

理論詮釋

根據能帶理論，發生金屬化的根本原因是：壓縮過程中直接或間接能隙閉合，價帶和導帶重疊，導帶中可能出現電子，價帶中形成空穴，從而導致了金屬導電性。另外，根據金屬電子論，金屬的特徵就是存在自由電子，它將形成金屬的光學性質和行為，如用德魯德自由電子模型來表征，從而可從實驗判斷常規金屬特徵。但最直接的證據還是電阻率的測定。

典型實例

低溫下固化的惰性氣體在足夠高的壓強下會發生金屬化轉變，是這種轉變的典型例子。例如，Xe的5d電子和6s電子對應的能帶在高壓下就會發生交疊。1968年M.羅斯首先用衝擊波技術觀察到這種轉變，1979年有人利用一種變型的金剛石高壓砧用靜壓方法實現了Xe的金屬化轉變，他們估計轉變壓強大約是33吉帕。