中央大學跨國研究：氦與鐵可在高溫高壓下形成化合物

電子局部函數 (electron localization function)，可用以分析化學鍵結。(中央大學徐翰教授提供)

中央大學理學院徐翰教授與日本東京大學廣瀨敬教授研究團隊合作，破解科學界長久以來的認知，發現氦元素在極端條件下可與鐵形成穩定化合物。這項跨國研究不僅挑戰了氦不與其他物質發生化學反應的傳統觀念，更爲地球科學中地核貯藏宇宙初始氦-3的理論提供重要證據。

在國科會計劃支持下，研究團隊利用實驗與理論計算相結合的方法進行研究。東京大學團隊將含鐵和氦的樣品置入鑽石高壓砧中加壓，並以雷射加熱至極端條件（最高達54 GPa壓力和2820 K溫度）。

透過同步輻射X光繞射分析，研究人員發現高溫高壓環境下，含氦樣品中的鐵晶格體積比純鐵樣品顯著增大，推斷是氦原子進入鐵晶格所導致。北海道大學的二次離子質譜分析進一步證實氦原子確實分佈在鐵晶格中。

中央大學徐翰教授負責理論計算部分，成功驗證鐵氦化合物的動力穩定性，並揭示其原子結構、磁性特性及鐵氦間的化學鍵結機制，爲實驗觀察提供理論基礎。

此項發現不僅具有化學和物理意義，更對地球科學產生深遠影響。宇宙大爆炸初期產生大量氦-3，但這種同位素在地表極爲稀少。地球科學家長期推測，地球形成時，大量氦-3可能被保留在地核。近期地球化學分析也顯示，從地球深部噴發形成的火成岩樣品中，氦-3含量高達地表的六十多倍，可能源自以金屬鐵爲主要成分的地核。

「我們的研究爲地核貯藏氦-3的理論提供了實證支持，」徐翰表示，「這也意味着其他行星內部的金屬鐵核可能同樣貯藏着氦-3。」他強調，物理、化學與地球科學的跨領域研究，使科學家能從原子分子尺度理解地球的構成，並應用相同原理探索宇宙中其他行星的結構、性質、演化甚至適居性。

這項突破性研究不僅揭示了極端條件下元素行爲的新面貌，也爲理解地球深部結構及地核演化提供了關鍵線索，進一步推動我們對宇宙中行星形成與演化的認識。

研究成果已發表於頂尖期刊《物理評論通訊》(Physical Review Letters)並獲選爲編輯推薦文章，同時獲美國物理學會《物理雜誌》專文介紹，顯示其重要性與創新性。美國物理學會、東京大學及北海道大學也同步發佈新聞稿，公開此項跨領域研究成果。