癌症研究與生物醫學資訊 本新聞台提供一些新的癌症研究學術資訊與生物醫學研究進展供社會大眾參考。

71愛的鼓勵 1訂閱站台

科學家發現固態氧晶體結構

褚志斌　(芝加哥大學博士後研究員)

文章來源：芝加哥科技組
發佈時間：96.10.18

藉由增加壓力和降低溫度，科學家可以將氣體變成液體，再變成固體，稱為相變(phase transition)。當對氧氣施予高壓，氧氣會先變成帶有磁性、淡藍色的液體氧；當加壓到54,000倍大氣壓(5.4 GPa)時，氧會變成淡藍色固體。1979年，化學家發現，如果用10 GPa的高壓，氧會變成紅色固體。1990年，科學家觀察到，在96 GPa，氧分子會被高壓擠壓到彼此的距離非常接近，接近到氧分子內的電子可以自由在各個氧分子之間移動，就像金屬一樣。不過這種紅色固體氧的結構究竟如何一直是個謎。

依據自然雜誌(Nature)報導，近來有兩個物體團隊各自揭開了紅色氧固體的晶體結構之謎。英國愛丁堡大學(University of Edinburgh, UK)的Malcolm McMahon團隊將研究結果發表在自然(Nature)雜誌(Lundegaard L., et al. Nature, 443, p.201 – 204, 2006)；日本筑波產業技術綜合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in Tsukuba, Japan)的藤久裕司團隊則將結果發表在物理評論通訊(Fujihisa H., et al. Phys. Rev. Lett., 97. 085503, 2006)。Malcolm McMahon等人將紅色氧固體晶體長在兩個鑽石砧(diamond anvil)之間。而且為了避免晶體被破壞，還利用固體氦當作緩衝。研究團隊的法國科學家指出，在這種高壓下，固體氦就像奶油一樣。研究人員接著利用X光繞射來決定晶體結構。藤久裕司團隊則是使用擠壓在鑽石中的紅色固體氧粉末做實驗，一樣是利用X光繞射來決定晶體結構。這樣的結晶結構比較好長，但是X光繞射數據分析起來比較困難。

通常高壓下，固體內部的化學鍵會被破壞，只剩下原子或分子。這時候元素的特性，會變得比較像同族中較重的元素。因此一般科學家會預測，紅色氧固體的結構應該會類似硫的八個原子的環狀結構。出人意料之外，紅色氧固體的結構，是四個氧分子為一組，形成一個菱形；然後兩個菱形相交叉，像被壓扁的立方體一樣。這種結構的氧可以稱為O8。平常空氣中的氣體氧是O2，臭氧是O3，而液體氧中有一小部分是O4。

不過這種結構究竟有何時用價值？研究者承認應該毫無實用價值，因為自然界中不會看到O8的這種結構。即便是高壓的地底深處，氧分子就算不以氣體型態存在，也會和其他元素形成氧化物，或是溶入水中。不過很多科學研究本來就不是以實用為目的。這些研究者建議，現在高壓技術純熟，而紅色氧的晶體很漂亮，也許可以加工變成珠寶或是裝飾的一部分。物理學家認為，高壓下產生的固體，應該以氫最有用。物理學家預測，在450 GPa的高壓下產生的固體氫，特性會像金屬一樣。這種高壓固體氫，會有非凡的超導(superconductivity)和超流(superfluidity)的特性，而且木星環上也可能有這種固體氫。

http://stn.nsc.gov.tw/view_detail.asp?doc_uid=0961017001