2009年6月16日
通过在比正常大气压大几十万倍的压力下挤压一种典型的金属合金，美国加州理工学院创造了一种材料，它在受热时不会膨胀，就像几乎所有的普通金属一样，并且表现得像一种化学成分完全不同的金属。
这一发现发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)的一篇论文中，它让我们深入了解了存在于高压下的物质的奇异行为——这代表了我们太阳系中大约90%的物质。欧洲杯足球竞彩
扩展零的金属合金是在1896年由瑞士物理学家查尔斯Édouard纪尧姆发现的，他在法国的国际度量衡局工作。在试图为米(长度的公制单位)制定一种便宜的国际标准时，纪尧姆偶然发现了一种便宜的铁镍合金，这种合金加热后膨胀很小。他将这种材料命名为“英伐”合金，因为这种金属在加热时是“不变的”，因此一片英伐金属的长度不会随着温度的升高而改变，就像普通金属一样。自从纪尧姆在1920年的发现为他赢得了诺贝尔物理学奖(超过了1921年被授予该奖的阿尔伯特·爱因斯坦)，其他的非膨胀合金已经被发现。
人们早就知道，因瓦的行为是由合金磁性特性的异常变化引起的，这种变化以某种方式抵消了材料的热膨胀。(正常情况下，热量增加了构成材料的原子的振动，原子倾向于稍微移动，导致膨胀。)
“最近的计算机模拟表明，因瓦合金中的电子具有一种特殊的能量配置，”加州理工学院研究生迈克尔·温特罗斯(Michael Winterrose)说，他是PRL论文的第一作者。“这种能量状态处于两种磁性行为之间的边界，并且对构成合金的元素的精确比例非常敏感。如果你离开因瓦的化学成分仅仅几个百分点，能量配置就会消失，”他说。
由于因瓦合金对温度变化没有反应，它已被用于手表、烤面包机、灯泡、发动机部件、电脑和电视屏幕、卫星、激光和科学仪器等设备。温特罗斯说:“在我们的日常生活中，我们周围都是使用英伐合金的产品。
加州理工学院的科学家们并没有开始研究因瓦行为——事实上，他们希望避免这种研究。加州理工学院材料科学和应用物理学教授布伦特·富尔茨(Brent Fultz)是PRL论文的合著者之一，他说:“我们特意挑选了那些没有表现因瓦行为的化学成分，因为我认为这会混淆我们的解释。”欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
相反，温特罗斯、富尔茨和他们的同事们正在研究压力对钯(Pd)和铁(Fe)合金Pd3Fe的影响，Pd3Fe合金中每四个原子中有三个是钯，一个是铁原子。(在名称类似但化学性质不同的pdfe3中，传统的因瓦合金中，每四个原子中有三个是铁，一个是钯)。
“(合金中的)Fe和Pd原子有非常不同的尺寸，当我们将Pd3Fe置于压力下并测量其体积时，我们希望看到这种尺寸差异带来的一些有趣的影响，”温特罗斯解释说。为了验证这一点，科学家们在两个钻石砧之间挤压了一小块材料样本，在样本内部产生了比标准大气压大32.6万倍的压力。
他说:“我们从这些研究中得到的初步结果表明，合金在压力下变硬了，但远远超出了我们的预期。”为了找出原因，科学家们模拟了合金中电子在压力下的量子力学行为。“模拟表明，在压力下，电子发现了强磁性和弱磁性之间的特殊能级，这与正常的因瓦行为有关。到目前为止，我们还没有意识到我们的材料中存在因瓦行为的可能性。”
随后在芝加哥阿贡国家实验室的先进光子源和纽约布鲁克海文国家实验室的国家同步加速器光源(NSLS)进行的实验证实，高压确实抑制了Pd3Fe的热膨胀，就像调节化学成分一样。
温特罗斯说，科学家们对这种合金进行了一种高压“炼金术”，在这种合金中，压力使电子的行为就像它们围绕着不同化学元素的原子一样。
该研究有助于统一我们对因瓦行为的理解，因瓦行为是材料研究中最古老和研究最多的未解决问题之一。欧洲杯足球竞彩此外，利用压力迫使电子进入新的状态可以为材料化学指明方向，在那里可以发现新的性质，至少是磁性。欧洲杯足球竞彩
“今天，材料物理欧洲杯足球竞彩学已经有了一些很好的计算工具来预测材料的结构和性质，尽管对它们在磁性材料上的工作效果还存在怀疑，”Fultz说。“令人满意的是，这些计算工具在显示压力如何将材料转变为英瓦合金方面表现得如此出色。因瓦的行为是非常微妙的，需要一个非常特殊的条件，金属中的电子通常是通过精确控制化学成分来调节的。压力可以使电子的行为就像它们在不同化学成分的材料中一样，所以我非常喜欢迈克使用的‘炼金术’这个词。”