液態金屬藏著「不該存在」的神祕狀態！科學家意外發現全新物質型態

我們從小學到的常識是：物質有三態，固態、液態、氣態，固體原子排列整齊、液體原子自由流動。但科學家最新發現，事情沒那麼單純。

英國諾丁漢大學與德國烏爾姆大學發現，即使金屬完全熔化成液體，裡面竟然有些原子完全不動，不管溫度再怎麼高都一樣。更神奇的是，這些「釘住」的原子還能創造出理論上不該存在的物質狀態。論文發表於《ACS Nano》期刊。

用超強顯微鏡「看」金屬怎麼結冰

為了搞清楚液體怎麼變成固體，團隊把極微小金屬顆粒（鉑、金、鈀）放在只有一層原子厚的石墨烯上，然後用電子顯微鏡邊加熱邊觀察。執行實驗的乃斯特博士形容：「我們把石墨烯當成『電磁爐』來加熱金屬。當金屬熔化，原子開始快速亂竄，這很正常，但我們驚訝的是，有些原子竟然完全靜止不動！」

調查發現，這些不動的原子牢牢「黏」在石墨烯表面的缺陷位置，就算溫度再高也拔不掉。

原子「圍欄」創造不可能的狀態

團隊調整靜止原子的數量和位置後，發現了驚人現象：第一種狀況，靜止原子很少→液態金屬正常結晶，變成一般固體；第二種狀況，靜止原子很多，圍成一圈→被困住的液體「忘記」要結冰了！

研究主持人克洛比斯托夫教授解釋：「當靜止原子圍成『原子柵欄』，裡面的液態金屬就算降到遠低於凝固點的溫度，還是維持液體狀態。以鉑金屬為例，正常凝固點是1,768°C，但困住的鉑竟然可在350度時還是液體──足足低了1,400多°C！」這狀態就稱為「被圈養的過冷液體」。

（Source：論文）

最後還是會凝固，但變成「玻璃金屬」

當溫度降得夠低，困住的液體終究會凝固，但不是變成一般整齊排列的結晶，而是變成原子排列雜亂的「非晶質金屬」，有點像金屬版的玻璃。這種狀態極不穩定，完全靠外圍的「原子柵欄」撐住，一旦柵欄破壞，累積壓力會瞬間釋放，金屬會立刻「彈回」正常的結晶結構。

催化劑專家乃爾南德茲博士指出，這項發現可能改變我們對催化劑的理解。「鉑金屬配上碳材料，是全球最常用的催化劑之一，廣泛用於燃料電池、化學反應等。如果我們能善用這種『被困住的液態金屬』，或許能設計出會自我清潔、更持久耐用的新型催化劑。」

過去科學家只能在奈米層級「圈養」光子和電子，這是人類首次成功圈養原子本身。克洛比斯托夫教授說：「我們的成果可能預告全新的物質型態──同一塊材料同時有固體和液體兩種特性。」之後團隊希望更精準控制「原子柵欄」，打造更大更複雜的結構，或讓稀有金屬能在潔淨能源方面發揮更高效率，包括電池和能源轉換裝置。

總結來說，科學家發現只要用「釘住」的原子圍成柵欄，就能把液態金屬困在超低溫下不結冰，創造出前所未見、結合固體與液體特性的神奇物質狀態。

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（首圖來源：Pixabay）