Comment on High-Pressure Behavior of Hydrogen and Deuterium at Low Temperatures
X.- D. Liu等人[Phys.Rev.Lett. 119，065301（2017）]报道了D2的新的独特固相的存在，这使得高压低温行为不同于H2。在这里，基于拉曼数据和相变理论的分析，我们表明，目前的数据不支持这一说法。
2019-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Proton Transfer in Phase IV of Solid Hydrogen and Deuterium
最近发现的固体氢和氘的第四相由两层交替的石墨烯状三分子环和未结合的H2分子组成，引起了极大的兴趣。然而，第四阶段的振动性质仍然知之甚少。本文报道了在250 ~ 350 GPa和300 ~ 500 K的压力范围内，用从头算变元胞分子动力学模拟预测的第四相固体氢和氘的质子转移和三个分子环在类石墨烯层中的同时转动.这种质子转移与石墨烯类层中分子的特定伸长密切相关，并且在分子伸长较大的过程中，随着压力的增加，质子转移变得更加明显。由于质子转移的结果，氢分子在类石墨烯层中的寿命很短，并且氢的振动是强烈的非谐振动。我们的研究结果提供了直接的解释观察到的拉曼光谱宽度突然增加的形成阶段IV和它的大幅度增加与压力。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Towards Quantitative Analysis of Deuterium Absorption in Ferrite and Austenite during Electrochemical Charging by Comparing Cyclic Voltammetry and Cryogenic Transfer Atom Probe Tomography
钢的氢脆机理已经研究了几十年。了解氢在钢中的扩散行为对开发氢脆预测模型和确定缓解策略至关重要。然而，由于氢的原子质量较低，因此通过大多数分析方法进行检测极具挑战性。近年来，电化学充氘钢的低温转移原子探针层析成像（APT）提供了非常宝贵的纳米级氘陷阱，如碳化物，位错，晶界和铁素体和铁素体之间的界面的定性分析。独立地，循环伏安法（CV）提供了有价值的分析钢中的体氢扩散。在这项工作中，我们使用的CV和低温转移APT的组合，用于定量分析的氘皮卡在电解充电纯铁（铁素体）和模型奥氏体Fe18Cr14Ni合金没有任何第二相或缺陷陷阱网站。强调了氢在奥氏体中相对于铁素体的高溶解度和低扩散率，以在CV和低温转移APT结果中产生清晰可观察的特征。还讨论了实现钢中氢吸收定量分析的剩余挑战和途径。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Insulator-metal transition in liquid hydrogen and deuterium
稠密氢流体中的绝缘体-金属转变是理解气体巨行星内部和高度压缩凝聚态物质的物理和化学行为的基本现象。利用快激光光谱技术探测在金刚石压砧中预压缩并在微秒级时间尺度上激光加热的氢和氘，我们观察到在P>150 GPa和T>3000 K的可见光谱范围内出现类金属反射。反射率随着光子能量的降低而迅速增加，表明在高温下在可见光谱范围内具有等离子体边缘的自由电子金属行为。反射率光谱也表明电子碰撞时间（>1 fs）比以前推断的要长得多，这意味着在所研究的条件下金属氢不处于饱和电导率范围（Mott-Ioffe-Regel极限）。结合以前报道的数据，我们的研究结果表明存在一个半导体中间流体氢状态的途中金属化。
2018-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantum rate theory of the trapping of hydrogen and deuterium by a vacancy in iron
我们应用量子速率理论来计算过渡率的氢或氘原子逃逸到一个邻近的亚稳站点的铁空位陷阱。我们确定过渡率和相应的活化能在很宽的温度范围内，涵盖量子和经典为主的制度。我们发现量子效应导致跃迁速率活化能的增加和过渡态分界面的非常显著的再交叉。由于量子过渡态理论对质子转移速率的估计过高，超过了一个数量级，而对氘核转移速率的估计则过高了两倍。
2014-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of the hydrogen solubility and diffusivity in proton-conducting oxides by converting the PSL values of a tritium imaging plate
质子导电氧化物在氢传感器、氢泵和其他电化学装置包括核聚变反应堆的氚纯化和回收系统中具有潜在的应用。虽然氢（H）在这种氧化物材料中的分布是一个重要方面，但其精确测量是困难的。在本研究中，使用氚化重水蒸气，即，研究了BaZr0.9Y0.1O2.95（BZY）、BaZr 0.955Y0.03Co 0.015O2.97（BZYC）和CaZr0.9In0.1O2.95（CZI）的氢溶解度和扩散率行为，DTO（~ 2kPa，氚（T）= 0.1%），通过转换成像板（IP）的光激励发光（PSL）值。将样品暴露于673 K下的DTO蒸气2 h或873 K下的DTO蒸气1 h。采用常规粉末冶金法制备了直径约7.5 mm、厚度约2.3 mm、理论密度（TD）> 98%的圆盘状氧化物试样。所有三种材料的样品表面的IP图像显示，BZY显示出最均匀的T分布与最高的氚活性。切割试样的横截面T浓度分布表明，T扩散到BZY和BZYC比CZI更深。CZI试样中氢的溶解度和扩散系数低于BZY和BZYC试样。这表明锆酸钡比锆酸钙是更有利的质子导体。
2022-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen and Deuterium Tunneling in Niobium
本研究通过密度泛函方法计算了铌中氧杂质捕获的氢和氘原子的双阱势与隧穿劈裂，结果与热容和中子散射实验分析一致。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Strong Isotopic Effect in Phase II of Dense Solid Hydrogen and Deuterium
采用第一性原理路径积分分子动力学方法研究了高压下固体H $_2$和D $_2$的量子核零点运动.分子取向在D $_2$的第II相中被很好地定义，而固体H $_2$在该相中表现出大的且非常不对称的角量子波动，在（bc）平面中可能有旋转，使得难以关联被很好地识别的单一经典结构。还描述了向第三阶段过渡的机制。现有的结构数据支持这种微观解释。
2012-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Solute hydrogen and deuterium observed at the near atomic scale in high-strength steel
观察物质中的溶质氢（H）是一项艰巨的挑战，然而，在原子尺度上实现H的定量成像对于了解其对许多金属合金的机械强度的有害影响至关重要，这些金属合金导致了许多工程零件和结构的灾难性故障。在这里，我们报告的氢（H）和氘（D）的APT分析的纳米结构的超高强度钢具有高抗氢脆。冷拉严重变形珠光体钢丝（Fe-0.98C-0.31Mn-0.20Si-0.20Cr-0.01Cu-0.006P-0.007S重量%，ε=3.1）中含有合金预变形时分解的铁素体和铁素体。我们发现H和D内分解的铁素体，并在一些界面与周围的铁素体。为了确定APT中获得的H/D信号的来源，我们探索了一系列实验工作流程，包括低温样品制备和从制备到最先进的原子探针的低温真空转移。我们的研究指出了制备的关键作用，即在电化学抛光过程中H-捕获位点的可能饱和，如何通过使用除气处理，低温制备和充电前转移来缓解这些问题。在低于化学计量比的碳化物中容纳大量的H可能解释珠光体对氢脆的抗性。
2020-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Transmission ERDA of ubiquitous deuterium in H-containing materials
本研究利用8.02 MeV He的透射式弹性反冲探测分析（T-ERDA）测定含氢mylar和PPS薄膜中普遍存在的氘浓度，所得D/H比与标准平均大洋水值偏差小，验证了该方法分析氘变化的灵敏度，可用于天然及合成含氢材料的表征。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Graphene structure modification under tritium exposure: 3H chemisorption dominates over defect formation by \b{eta}-radiation
研究发现，石墨烯在氚暴露下主要由3H化学吸附引起结构变化，而非电子辐照，且低浓度氚即可引发显著缺陷，影响氢同位素渗透性。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci hep-ex
Hydrogen permeation on defected α-Al2O3 surfaces: DFT calculations
实现可控聚变能的关键挑战之一是氚的自给自足。氢渗透阻挡层（HPB）的应用被认为是实现氚自给的必要条件。α-Al 2 O3是目前HPB的候选材料。然而，α-Al 2 O3的一个关键问题是，它的渗透率降低因子（PRF）将显着下降后，离子或中子辐照。目前，人们对相关机制知之甚少。为了揭示这一问题，采用密度泛函理论研究了氢在缺陷α-Al 2 O3表面上的动力学和能量变化，并与完好α-Al 2 O3表面进行了比较.结果表明，对于理想的α-Al_2O_3表面，氢从最外层向次表层迁移的势垒最高，这一迁移步骤是一个速率限制过程。相比之下，表面点缺陷大大降低了这一最大势垒。因此，氢可以通过表面缺陷优先渗透到材料的内部。这一发现有助于解释辐射下PRF显著降低的可能机制。
2020-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Probing deuterium-induced magnetic phase transitions in TbCo alloys with in-situ polarized neutron reflectometry
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）
研究通过原位极化中子反射仪探讨氘对TbCo合金磁性相变的影响，发现Tb-rich合金中厚度膨胀是磁相变主机制，而Co-rich合金则无此现象，同时氧化界面对氘敏感但可间接调控。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
In-situ neutron diffraction during reversible deuterium loading in Ti-rich and Mn-substituted Ti(Fe,Mn)0.90 alloys
氢是一种高效的能源载体，可以从可再生能源中生产，从而实现向无二氧化碳能源的过渡。氢可以用合适的合金以固态储存很长一段时间。富Ti的TiFe 0.90化合物在第一次加氢时表现出温和的活化过程，而Ti（Fe，Mn）0.90替代合金可以导致平衡压力作为最终应用的函数的微调。本文用原位中子衍射法测定了TiFe（0.90-x）Mnx（x = 0，0.05和0.10）合金及其氘化物的晶体结构，同时记录了室温下的压力-成分等温线。本文旨在分析富Ti Ti（Fe，Mn）0.90合金中Mn替代Fe对可逆充氘过程中组织性能的影响，这一问题至今尚未得到解决，也很少有人探索。激活后，样品已被转移到定制的不锈钢和铝合金电池用于在ILL和ISIS中子设施的氘加载过程中，分别在原位中子衍射实验。该研究通过确定氘化过程中的体积膨胀，使人们对储氢、基本结构知识有了深刻的理解，并为用于储能系统中集成储氢罐的TiFe型合金的工业应用提供了支持。此外，该研究表明，不同含量的Mn不会显著改变相变期间的体积膨胀，仅影响γ相的氘含量和\b{eta}相的晶胞演化。研究证实，吸氘后的γ相、解吸后的\b{eta}和α相的氘代结构与S. G. Cmmm、P2221和Pm-3 m。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Structural Phase Transition at High Temperatures in Solid Molecular Hydrogen and Deuterium
本文用路径积分蒙特卡罗方法研究了1000K以下温度对稠密仲氢和正氘分子结构的影响。我们发现一个结构相变从取向无序的六方密堆积（hcp）的Cmca对称性的正交结构熔化前。这种转变基本上是由热涨落引起的，但质子（氘核）的量子涨落通过有效地硬化分子间相互作用在确定转变温度方面很重要。我们估计hcp和Cmca相之间的相线以及Cmca固体的熔点线。
2001-04-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hydrogen trapping and interfacial decohesion at the α-Al2O3(0001)/Fe(110) interface
Center for Advanced Research of Energy and Materials, Faculty of Engineering, Hokkaido University（北海道大学工学部能源材料高级研究中心）
利用密度泛函理论系统研究了α-Al2O3(0001)/Fe(110)界面的热力学稳定性、氢捕获能量学及氢致脱聚，发现氢在Fe-hollow位点最稳定，且随浓度增加解理能单调下降至负值，揭示了保护性氧化皮层的原子级退化机制。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Tritium Separation from Gaseous 1,2,3H Isotopologue Mixtures by Selective Adsorption on Ag-Exchanged Zeolite Type Y
本文利用Ag(I)交换Y型沸石的选择性吸附与TDS实验，首次从等摩尔三元氢同位素混合物中实现70%氚富集，并验证T2分离预测。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen response to high-density dislocations in bulk perovskite oxide SrTiO3
本研究以氘为示踪剂，发现块状单晶 SrTiO3 中机械引入的高密度位错可使氘掺入量提升约100倍，揭示位错是氢的有效储库与快速扩散通道。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Striking Isotope Effect on the Metallization Phase Lines of Liquid Hydrogen and Deuterium
液态原子金属氢是所有液态金属中最简单、最轻、含量最丰富的。核子运动或离子动力学的作用在与离解绝缘体-金属跃迁的关系中多少被忽略了。几乎所有以前的高压实验研究都没有区别地对待流体同位素氢和氘。在相同密度下研究氢和氘，最关键的是在相变线上，可以通过实验揭示离子动力学的重要性。我们用静态压缩方法研究了1.2- 1.7Mbar压力范围内的稠密氘的光学性质，测量温度高达~3000 K。我们观察到反射率的突然增加，与解离诱导的金属化，在过渡。在这里，我们表明，在相同的压力（密度）的两种同位素，这种转变的相线揭示了一个显着的同位素位移，~700 K。这种位移低于同位素自由分子离解能的差异，但考虑到液体的高密度和复杂的多体效应，它仍然很大。我们的工作揭示了量子核效应在描述巨行星内部条件下致密氢系统的金属化转变和导电性质方面的重要性，并为从头计算提供了宝贵的基准。
2018-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Equation of state and Raman-active $E_{2g}$ lattice phonon in phases I, II, and III of solid hydrogen and deuterium
我们提出的$P-V$状态方程的晶格动力学计算的结果和拉曼活性$E_{2g}$晶格声子的压力依赖性$p-$ H $_2$和$o-$ D $_2$在一个宽的压力范围高达$\sim$ 2兆巴使用我们最近开发的半经验多体势，和密度泛函理论。与现有的实验和理论结果的比较表明，所采用的多体势是一个可靠的基础，高精度计算的第一，第二和第三阶段的固体氢。
2012-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-principles study of the charge ordered phase in $κ$-D$_3$(Cat-EDT-TTF/ST)$_2$: Stability of $π$-electron deuterium coupled ordering in hydrogen-bonded molecular conductors
采用第一性原理密度泛函理论~（DFT）方法研究了氢键分子导体$κ$ -D $_3$（Cat-EDT-TTF）$_2$及其硒取代类似物$κ$ -D $_3$（Cat-EDT-ST）$_2$的电子和结构性质.在这些化合物中，$π$ -电子系统中的电荷有序化与形成氢键的氘中的位移有序化耦合，在高温相中由两个氧均等地共享。虽然在标准DFT方法的基础上的广义梯度近似的结构优化未能再现的电荷有序（CO）相的结构稳定性，我们表明，混合功能的海德，Scuseria，和Ernzerhof可以再现CO相的结构特征，由于更本地化的性质的波函数。此外，使用的能力的混合功能来预测的电子和结构特性，我们发现了一个稳定的非中心对称的CO相与另一种模式的氘排序。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-Temperature Deuterium Separation in van der Waals Gap Engineered Vermiculite Quantum Sieves
针对传统氘分离方法能耗高或选择性低的问题，首次制备出空间宽度约2.1埃的范德华间隙工程蛭石量子筛，实现室温下D₂/H₂选择性达2.20，为高效氢同位素分离提供新方向。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Termination of Graphene Edges Created by Hydrogen and Deuterium Plasmas
随着器件尺寸减小到纳米尺度，边缘工程对基础研究和应用都很重要。这对于石墨烯尤其如此，因为石墨烯边缘根据原子结构和终端显示出完全不同的电子性质。最近已经表明，可以通过使用氢（H）等离子体蚀刻石墨烯和石墨来获得原子级精确的锯齿形边缘。然而，边缘终止没有被直接研究。在这项研究中，终止的H-等离子体产生的边缘进行了研究，通过高分辨率电子能量损失谱（HREELS）显示的边缘是$\mathrm{sp}^{2}$键合和边缘碳原子是由只有一个H原子终止。这表明，理想的锯齿形边缘，这不仅是原子级精度，而且$\mathrm{sp}^{2}$键合，可以通过H-等离子体蚀刻获得。还通过扫描隧道显微镜（STM）研究了用不同同位素氘（D）的等离子体蚀刻石墨表面，以表明D-等离子体各向异性蚀刻石墨的效率较低，尽管它可以比H-等离子体更有效地制造缺陷。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shock Compression of Deuterium and the Interiors of Jupiter and Saturn
最近，氘一直是高水平的实验和理论活动的焦点，这是由对Hugoniot最大压缩的实验值的分歧引发的。氘在兆巴压力下的行为还不很清楚。了解目前氢/氘EOS的不确定性如何影响木星和土星的推断结构是非常有趣的。特别是，这两颗行星中重元素（H和He除外）核心的质量和这些重元素的总质量对氢的状态方程非常敏感，并构成其形成过程的重要线索。我们提出了一个研究的范围内的结构允许木星和土星目前的不确定性氢EOS和天体物理观测的两颗行星。在Mbar压力下对氢的实验理解和对两颗行星引力矩的更好测定对于严格限制它们的内部结构是必要的。
2004-03-16 astro-ph cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Transition-state lattice modes and the breakdown of adiabatic tunneling for hydrogen and deuterium in bcc Nb
Northwestern University（西北大学）
通过五维晶格重整化玻恩-奥本海默框架，发现氢和氘在体心立方铌中的隧穿本质上是非绝热集体过程，绝热近似仅在正μ子质量极限下成立。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Will NIF Work
为了现代社会的可持续性，必须开发新的清洁和丰富的能源。氢同位素氘和氚的核聚变如果成功，可能会对满足这一需求做出重大贡献。美国在实现实用的惯性约束聚变（ICF）方面做出了重要努力，该技术已在劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发了数十年。国家点火装置（英语：National Ignition Facility）（NIF）是一个巨大的激光器，用于多次冲击，从而准等熵压缩氘氚（DT）胶囊到高密度和温度，其中聚变率与密度平方乘以温度的四次方成正比。NIF要成功工作必须解决的主要问题是消除瑞利-泰勒（Rayleigh-Tailor，R-T）不稳定性，R-T不稳定性通过NIF激光驱动的动态压缩实现DT的温度降低而毒害聚变反应。今天的主要技术问题是凝聚态物质和材料物理（CMMP），而不是激光技术和等离子体物理。为了使R-T不稳定性的增长最小化而必须完成的燃料舱CMMP还有待完成。根据今天所知道的，NIF不太可能产生实际数量的聚变能量。
2009-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
