Свет, белый, и опасно реактивный, металлический натрий обычно тает в подрумяненном 371 kelvin (98°C). Но исследователи нашли, что, если сжато достаточно трудно, это сжижает при комнатной температуре. Исследование предполагает, что натрий и связанные элементы, такие как водород могли иметь другие причудливые свойства в ситуациях с высоким давлением тех, которые происходят в интерьере гигантских планет.
Блок натрия является самым определением идеального металла: организованное расположение положительно заряженных атомов, купаемых в море электронов. За исключением водорода, всех элементов родного брата натрия в периодической таблице – литий, калий, цезий и рубидий – разделяют эту простую структуру, делающую эти так называемые щелочные металлы уникально сжимаемыми. Физики подозревали, что странные вещи могли бы произойти, когда эти элементы были сжаты.
Они не были разочарованы. В статье, опубликованной сегодня в Physical Review Letters, Юджине Грегорайанзе, физике конденсированного вещества в Институте Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия и коллегах в Аргонне Национальная Лаборатория в Иллинойсе, сообщают о странном поведении в натрии, сжатом к 1,2 миллионам атмосфер. Они поместили маленький кусок натрия приблизительно 40 микрометров в диаметре в алмазную наковальню и провернули давление. Более высокие давления заставляют большинство сущностей оставаться твердым при более высоких температурах, и блок натрия соблюл то правило в какой-то степени. Но когда давление поразило 300 000 атмосфер, тающая температура изменила курс и понизилась, в конечном счете заставив металл таять при комнатной температуре, когда давление достигло 1,2 миллионов атмосфер. Очень немного сущностей имеют точку плавления, понижающуюся под давлением – и ни один не делает это по такому огромному диапазону давления. Вода, например, ведет себя этот путь по диапазону меньше чем одной атмосферы.
Картины дифракции рентгеновских лучей показали, что суперсжатый натрий переместил свои атомы к различной договоренности, чем при более низких давлениях. Исследователи подозревают, что атомы должны были создать место для свободных электронов, вызванных в еще меньшие места как уплотненный натрий.
«Все мы думали, что не было так большой новой физики, оставленной в щелочных металлах», говорит Нил Эшкрофт, теоретик конденсированного вещества в Корнелльском университете в Итаке, Нью-Йорк. Но очевидно, он добавляет, изменение давления «может сделать физику довольно интересной». Если натрий делает это, он отмечает, то водород может сделать это также. Большая часть вселенной сделана из водорода, и подобный металлу водород мог скрываться в звездах и планетах как Юпитер. Несмотря на то, что для исследователей на Земле может быть невозможно сжать твердый водород достаточно трудно для преобразования его в металл, изучение натрия в высоком давлении могло дать намеки о том, как водород ведет себя.