1869年元素周期表的发现是近现代明升手机理论诞生的标志，被誉为现代明升手机的图腾，其深刻地反映了量子力学基本规律与明升手机原理间的关系。几乎全世界所有的明升手机教科书后都附有元素周期表，被奉为金科玉律。

然而近年来研究人员发现，在压力下，元素性质和电子行为会产生明显的改变，进而诱发了丰富的物理明升手机现象，这是了解非常规材料合成和行星内部物质循环等app问题的重要途径。尽管研究人员得到了大量新奇的高压物理和明升手机个例，但目前尚缺乏完整且有效的理论模型来解释这些现象。

多个迹象表明，元素周期律在高压环境中会发生一定变化，而这将成为探索高压物理和明升手机规律的突破口。

为此，南开大学物理app学院副教授董校课题组和国外科研人员合作，近十年研究相关问题，探索元素明升手机性质在压力下的变化规律，相关工作近期发表在美国《国家app院院刊》上。

1934年，美国明升手机家罗伯特·密立根创建了描述元素明升手机性质的数学模型，其中存在两个重要的参数：电负性和明升手机硬度，这两项分别对应明升手机势关于电荷数的第一阶和第二阶展开系数。前者描述原子吸引电子的能力，后者描述电子状态的稳定性。电负性和明升手机硬度表现出明显的元素周期律，被视为元素周期律的主要表现形式。

数十年来，人们一直认为电负性和明升手机硬度是元素的固有性质，不随外界条件的改变而改变。董校及科研团队在前人工作的基础上，利用第一性原理计算结合组内开发的“带电氦矩阵”方法，揭示了氢到锔之前的96种元素在500 GPa以内的电负性和明升手机硬度随压力的变化趋势。

其研究表明，压力会显著地改变元素的电负性和明升手机硬度。与前人理解的不同，压力会改变元素明升手机势和电荷间的函数关系，从而改变元素的明升手机性质。

同时，随着压力增加，各元素间的电负性和明升手机硬度排序会出现显著改变，进而导致了各元素间明升手机性质的重新排列，如在常压下，还原性最强的元素为铯（Cs），但因压力导致的轨道重组变成了钠（Na）。

各个元素电负性从0 GPa到500 GPa的变化  南开大学供图

元素性质的变化具体表现三方面：一是压力会普遍降低各个元素的明升手机硬度，从而导致高压下整个元素周期表向金属性偏移，使得更多的元素表现金属特性，如金属化现象，聚合现象等。而常压下的典型非金属（如碳、氮、氧等）会出现性质移动；二是在100GPa以上，压力可以模糊长周期间的界限；三是电子轨道发生重排，高角动量电子因其具有更少的节点而在高压下焓值显著降低，进而改变了原有的轨道交错规律。具体表现为p或d轨道能量降低，电子更倾向于占据p或d轨道，从而进一步引起其性质改变。

研究人员表示，这些计算结果可以解释大量已发表的理论预测和实验现象，并预测高压下的化合物形成规律，为设计高压下新型化合物构筑了理论基础。

相关论文链接：http://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2117416119