距离镓首次被发现并添加到元素周期表已有近150年，奥克兰大学的科学家们揭示了关于这种金属的原子结构和行为的先前未知的细节。镓于1875年由法国化学家保罗·埃米尔·勒科克·德·博伊索特兰发现。它以其异常低的熔点而闻名，镓勺子可以在一杯热茶中融化。该金属在半导体和许多现代电子技术中也扮演着至关重要的角色。新报告的研究成果集中于镓在原子水平上的行为，揭示了挑战数十年科学理解的特性。一个奇怪的金属与更奇怪的原子行为镓在多个方面已经与大多数金属不同。它的原子自然成对成‘二聚体’，意味着它们以结合对的形式存在。它还是少数几种固态比液态更低密度的物质之一，类似于漂浮在水上的冰。另一个不寻常的特点是镓形成‘共价键’，其中原子共享电子。这种类型的键合在非金属中比在金属中更为常见。科学家们长期以来相信，当镓熔化时，这些共价键会消失。然而，新研究发现，尽管在熔点时这些键消失，但当液体被加热到更高温度时，它们意外地恢复。这一发现推翻了长期以来的假设，并提出了一个新的解释，来说明镓异常低熔点的原因。研究人员提出，当键断裂时，随之而来的熵增加（无序程度的量度）释放了原子，使熔化变得更容易。奥克兰大学的尼古拉·加斯顿教授表示：“关于液态镓结构的三十年文献存在一个显然不正确的基本假设。” 重新审视数十年的研究这项研究由斯蒂芬·兰比博士、现为德国马克斯·普朗克固态研究所的博士后研究员、尼古拉·加斯顿教授，以及维多利亚大学的克里斯塔·斯廷伯根博士共同完成。突破发生在兰比完成奥克兰大学和麦克迪亚米特先进材料与纳米技术研究所的博士学位期间。通过仔细审查数十年的已发表研究以及比较在不同温度下收集的测量数据，兰比拼凑出镓行为的更完整图景。这些发现发布在《材料视野》上，论文标题为《解决数十年的争论：高温共价性在液态镓结构中的意外作用》。理解镓为何重要对镓如何随温度变化的更好理解可能对纳米技术大有裨益，因为研究人员在极小的尺度上操控物质，以创造具有特殊属性的新材料。镓也很有价值，因为它可以溶解其他金属，使其在生产液态金属催化剂和‘自组装结构’中非常有用，其中无序材料自发组织成有序形状。在早期的一个项目中，加斯顿、兰比和斯廷伯根使用液态镓将锌晶化为复杂的‘雪花’结构。从预测元素到现代技术镓在被发现之前就已经被预测。1871年，俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫按照原子序数递增的顺序整理元素，创建了第一个元素周期表，并故意留下空位，用于他认为尚未被发现的元素。镓后来填补了其中一个预测的空缺。该金属是从铝土矿等矿石和岩石中提取的，以其纯净形式并不自然存在。今天，镓被广泛用于半导体、电信设备、LED、激光二极管、太阳能电池、高性能计算、航空航天和国防工业，以及作为温度计中汞的更安全替代品。研究人员还在调查镓是否可以帮助识别火星上古代生命的迹象。大学环境学院和Te Ao Mārama -- 基础探究中心的科学家们正在研究该金属是否能够保存过去微生物生命的痕迹，作为一种化学‘指纹’。镓的名称来自高卢，这是古老的法国拉丁名称，以此来纪念它的发现者的国籍。