金属化现象(metallized phenomena)是指
高压下
物质从非金属态变成金属态的现象。1925年英国
物理学家J.伯纳耳提出:任何
材料在足够大的
压力下都可能变成
金属。这是高压所产生一种特有的
相变。近代
高压物理的发展,证明了它的正确性。相应的相变压力称为金属化压力。金属化的特点是相变后的物质的
电阻率降低几个数量级,电阻率的
温度系数从相变前的负值变为相变后的正值。
早期
金属化相变的研究,主要在相变压力范围较低的
半导体金属化相变领域。随着高压技术的发展,进入了百万
大气压的研究范围,
超高压下
绝缘体金属化相变乃至
超导的研究已成为高压物理的前沿课题,其中
金属氢的问题更引人注目。
双原子分子晶体,如
碘﹑
氧﹑
氮﹑
氢等物质的金属化相变研究不断取得进展。碘在16吉帕时
电阻急剧下降,发生金属化,但此时仍为分子相。当压力升至21吉帕时,才发生分子拆键相变成为原子金属相。氧在95吉帕左右有金属化相变,并成为超导转变温度Tc=0.5K的超导体。根据理论预言,氮的金属化相变压力在300吉帕以上,氢的金属化相变压力更高。硼在160吉帕金属化,在175吉帕时成为Tc=6K的超导体,250吉帕时的Tc=11.2K。硫在90吉帕金属化,成为Tc=5K的
超导体,150吉帕时的Tc=17K。
离子晶体碘化铯在115吉帕金属化,继而在180吉帕成为超导体,最高超导转变温度为2K。
低温下
固化的
惰性气体在足够高的
压强下会发生金属化转变,是这种转变的典型例子。例如,Xe的5d电子和6s电子对应的
能带在高压下就会发生交叠。1968年M.罗斯首先用
冲击波技术观察到这种转变,1979年有人利用一种变型的
金刚石高压砧用静压方法实现了Xe的金属化转变,他们估计转变压强大约是33吉帕。