科学家终于揭开镓元素150年来的未解之谜

镓于1875年由法国化学家勒科克·德布瓦博德兰发现，名称源自古罗马对法国的称呼‘高卢’（Gallia），以纪念其发现者国籍。它早在1871年就被门捷列夫在首张元素周期表中成功预言，并预留了位置。镓在自然界不以单质存在，主要从铝土矿等矿物中提取。它最广为人知的特点是熔点仅约29.8℃，一杯热茶就能让镓勺融化；同时，它在半导体、LED、激光器、太阳能电池、高性能计算及航空航天等领域应用广泛，也是汞在温度计中的安全替代品。更特别的是，镓原子在固态时天然成对形成‘二聚体’，且固态密度反常地低于液态（类似冰浮于水）；它还能形成通常只出现在非金属中的共价键。过去数十年，学界一直认为这些共价键在熔化时彻底消失。但新西兰奥克兰大学与麦迪尔米德先进材料与纳米技术研究所团队（斯蒂芬·兰比博士、尼古拉·加斯顿教授、克里斯塔·斯坦伯根博士）通过系统梳理数十年实验数据，发现：共价键虽在熔点处断裂，却在更高温度的液态中重新出现。这一‘高温共价性’颠覆了长期默认的基本假设，研究者提出，键断裂带来的熵（无序度）显著上升，反而降低了熔化所需能量，从而解释了镓为何如此易熔。该成果发表于期刊《Materials Horizons》，题为《解开数十年争议：高温共价性在液态镓结构中的意外作用》。此外，镓因能溶解多种金属，被用于开发液态金属催化剂和‘自组装结构’；团队此前已用液态镓成功引导锌结晶为雪花状微结构。目前，科学家还在探索镓能否作为化学‘指纹’，帮助保存并识别火星岩石中远古微生物生命的痕迹。