アスタチンの金属特性予測

これは、化学元素の中で最も神秘的なの一つです。 誰もがアスタチン、要素85は、ハロゲン基の底に座っていることを知っているが、誰もそれがどのように見えるか知っていません。 アスタチンは、天然に存在する最も希少な元素であり、安定同位体を有さない:最も長寿命の半減期はわずか8.1時間である。 だから、誰も肉眼で見えるようにそれを十分に得たことはありません。

それが起こった場合、Physical Review Lettersに掲載された新しい第一原理計算は、それが金属固体であると予測しています。 それはヨウ素、周期表のそれの上のハロゲンが、それ自身暗い銀色の固体(偽りなく金属自体ではないが)であり、アスタチンの融点が302ocであることを しかし、新しい結果の本当の驚きは、固体が他のすべてのハロゲンのように二原子分子で構成されるのではなく、単原子であるということです。 計算は、現在スコットランドのエディンバラ大学にいるアンドレアス-ヘルマンと、ニューヨークのイサカのコーネル大学のベテラン理論家ロアルド-ホフマンとニール-アシュクロフトによって行われた。

他のハロゲンの高圧固相に取り組んできた長春、中国の吉林大学の理論物理学者Yanming馬は、これを”素晴らしい論文”と呼んでいます。”著者らは、固体アスタチンのこの驚くべき挙動の説得力のある証拠を提示し、”彼は驚きが二重であることを追加し、言います:”その非分子形態と周囲圧力’

この挙動は、計算が非常に重い原子の電子構造に対する特殊相対性理論の効果を完全に考慮したときにのみ現れるため、見逃しやすいでしょう。 このような効果は、重元素に重大な影響を及ぼすことが知られており、金に黄色の色合いを与え、水銀に低い融点を与えることで有名です。

スピン軌道結合の重要性

分子や材料の電子構造の密度汎関数計算では、相対論的効果は一般的に二つの成分に分割されます。 いわゆるスカラー近似は、電子の非常に高速の効果だけを考慮するが、そのエネルギーは、電子スピンと核の周りの電子運動によって生成される磁場との間のスピン-軌道結合によっても影響される。 Hermannたちは、スカラー相対論的計算によってアスタチンの二原子基底状態が予測されるのに対し、単原子形はスピン軌道結合を含む場合にのみ現れることを発見した。 「これらの効果は、通常、分子結合エネルギーを減少させることによって、特定の結合および結晶構造を形成する原子の傾向に影響を与える」とHermannは言う。 以前の計算では、気相においてアスタチンは依然として弱く結合した二原子分子を形成することが示されていた。

完全相対論的固体状態は、価電子と伝導電子の間にバンドギャップを持たない: それは包囲された圧力に金属である。 実際、高圧ヨウ素との類推によって、研究者はアスタチンが超伝導体であるかもしれないと言います。

アスタチン以下の元素117は2010年に合成され、より強い相対論的効果を経験することが期待される。 “私の推測では、それは弱く結合した単原子金属であるだろう”とHermann氏は言います。 “しかし、私は驚いて準備ができています。’

予測が実験的にテストされるかどうかはまだわかりません。 アスタチンは、一般的に核反応によって人工的に合成されなければならない–それはバークレーのカリフォルニア大学の科学者によって1940年に最初にこ それは固体アスタチンの固まりがほとんど直ちに蒸発するほど放射性である。 しかし、ヘルマンは楽観的なままです。 「基板を積極的に冷却することで、薄膜を十分に長い時間安定させることができるかもしれません」と彼は言います。

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