¿Qué significa ser un metal? ¿Cómo se forma un metal? Estas parecen preguntas de libro de texto con una respuesta simple:el metal se caracteriza por electrones libres que dan lugar a una alta conductividad eléctrica. Pero cómo, exactamente, es una banda de conducción metálica formada a partir de electrones originalmente localizados, y ¿cuál es la imagen microscópica correspondiente al material involucrado?

En colaboración con científicos de la República Checa, Estados Unidos y Alemania, El equipo de investigación de Pavel Jungwirth del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias (IOCB Praga) ha logrado mapear a nivel molecular la transición de electrolito a metal en soluciones de amoníaco líquido de metal alcalino utilizando una combinación de espectroscopía fotoelectrónica (PES) y cálculos de estructura electrónica. Los resultados de su investigación se publicaron recientemente en Ciencias .

Los metales alcalinos disueltos en amoníaco líquido representan sistemas arquetípicos para explorar la transición de electrolitos azules en bajas concentraciones a soluciones metálicas de color bronce o dorado (con conductividad comparable a un alambre de cobre) con concentraciones más altas de electrones en exceso. Al mismo tiempo, PES representa una herramienta ideal para establecer la estructura electrónica pertinente a esta transición. Como técnica de vacío ultra alto, Durante mucho tiempo se pensó que el PES era incompatible con los líquidos volátiles hasta que se desarrolló la técnica de los microjets líquidos para agua y soluciones acuosas. Sin embargo, Fue solo en 2019 que el grupo de Pavel Jungwirth, en colaboración con colegas de la Universidad del Sur de California y en el sincrotrón BESSY II en Berlín, realizó las primeras mediciones exitosas de PES en un líquido polar refrigerado:amoníaco líquido puro.

"Esto es lo que sucede cuando le das a un grupo de teoría un poco de espacio de laboratorio para jugar, "dice Pavel Jungwirth sobre la decisión del director del Instituto de otorgarle un pequeño laboratorio.

Este logro abrió la puerta a estudios de PSA de sistemas de amoníaco líquido de metales alcalinos (como se informa en el presente artículo en Ciencias ), que mapean la transición de electrolito a metal para el litio, sodio y potasio disueltos en amoniaco líquido mediante PES utilizando radiación de sincrotrón de rayos X suave. De este modo, Los investigadores capturaron por primera vez la señal fotoelectrónica del exceso de electrones en el amoníaco líquido como un pico de alrededor de 2 eV de energía de enlace. Este pico luego se ensancha asimétricamente hacia energías de unión más altas al aumentar la concentración de metal alcalino, formando gradualmente una banda de conducción con un borde Fermi afilado acompañado de picos de plasmón, ambos son huellas dactilares del comportamiento metálico naciente.

Junto con cálculos de estructura electrónica de última generación, estas mediciones proporcionan una imagen molecular detallada de la transición de un no metal a un metal, permitiendo a los investigadores comprender mejor el inicio del comportamiento metálico caracterizado por propiedades como la alta conductividad eléctrica.

"Ojalá, El presente trabajo sobre amoníaco metálico abrirá el camino para realizar nuestra idea más 'explosiva':la preparación de agua metálica mezclándola con mucho cuidado con metales alcalinos, "concluye Pavel Jungwirth.