与众不同的钚：“我的磁力呢？”

具体原因是什么？这个结果是由洛斯阿拉莫斯国家实验室的马克·雅诺舍克发现的。

他们说，这一发现可能能够更准确地预测和调整新材料的性质。

原子基础

电子按照一定的轨道围绕原子旋转。每个轨道对电子的数量有一个最大的限制。在普通金属中，最外层的电子数量是固定的——例如，铜只有一个电子，而铁有两个。原子周围没有其他附加能量(如热能或电能)，电子处于低能态，称为基态。

为了找到钚的基态电子，Janoschek的团队向钚原子发射了一束中子。中子和电子都有磁场，这些磁场有电磁力矩。磁矩是指磁场中数量和方向一致的力。中子与电子的磁矩相互作用，Janoschek团队观察到了电子基态的信号，这可以显示外围电子的数量。

他们发现钚外围的基态有4-6个电子。试图解释这种元素奇怪性质的科学家们认为这个数字是固定的。

但这不是一项新的研究。"它通常在三种不同的结构之间波动."Janoschek说。"但这次是同时在三个州."

这种奇怪状态的理论基础是在2007年奠定的，当时罗格斯大学的物理学家开发了一种新的数学工具来计算钚中的电子数量可能会波动。洛斯阿拉莫斯的实验是这个理论的第一个实验，并且已经被证明是正确的。

钚的奇怪特性

这种波动可以解释为什么钚没有磁性。磁铁的磁力是由不成对的电子产生的。每个电子就像一个微小的磁铁，有北极和南极。当电子充满原子轨道时，它们是分开排列的，磁距离作用在同一个方向。随着越来越多的电子进入轨道，它们在北极和南极配对，最终磁场被抵消。但有时单个电子找不到匹配。例如，当铁置于磁场中，不成对的电子以同样的方式排列时，就会产生聚合磁场，吸引其他磁体。

因为钚外层的电子数量不断变化，不成对的电子不能在磁场中排列，所以钚不能产生磁性。

Janoschek说钚在元素周期表中处于两种元素之间。"看看钍、铀和镎——它们的行为像过渡金属，更像金属."他说。当你看重元素(元素周期表的右边)时，情况正好相反。"当你在右边看到镅或更多时，这些元素看起来更像稀土."稀土钕是一块好磁铁，而过渡金属通常不是。

这个实验不仅是为了证明钚的奇怪特性。这种数学方法还可以帮助科学家预测新材料的一些可能性能，发现钚的奇怪电子数。在此之前，确定这种性质的唯一方法是用电能或磁场加热或压缩它们。现在，用这种方法，你可以预测。

“材料的预测理论非常重要，因为我们最终将在计算机上模拟和预测这些材料的特性。”罗格斯大学的物理学教授Gabriel Kotliar说，他是第一批计算该算法的科学家之一。"像放射性钚一样，数学比实际做实验便宜."

这也有助于解释钚的另一个奇怪特征——当被电流加热或流动时，钚比其他金属膨胀或收缩得更多。这对制造原子弹非常重要。工程师们知道这种形状变化已经有很长时间了，但是现在他们终于知道为什么了。

这项研究发表在7月10日的《科学进步》杂志上。