Geometry-Based Neural-Network Prediction of Electron Localization Function Topology in Dense Hydrogen
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；State University of New York at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）
本文提出基于几何的机器学习框架，通过原子几何直接预测纯致密氢的电子局域函数，无需显式电子结构计算。模型在多压力范围内训练，准确率高，能忠实再现ELF分布。误差主要由长波长成分主导，且随压力增大而增加。模型在致密流体氢网络上训练，但能稳健转移至结晶氢配置，保留ELF拓扑关键特征。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic high pressure: Why it makes metallic fluid hydrogen
在Wigner和Huntington（WH）于1935年预测金属流体H的存在之后几十年，金属流体H已经通过动态压缩而形成。实验得到的密度与WH预测的密度相差不到百分之几。金属流体H是通过液体H2的多次冲击压缩实现的，该压缩是准等熵的，并且H在具有100 ns寿命的实验中是热平衡的。准等熵意味着压缩是等熵的，但具有足够的温度和熵以在9倍压缩和压力P=140 GPa（1.4 Mbar）下驱动从液体H2到简并流体H的交叉。金属流体是高度简并的：T/TF 0.014，其中温度T=3000 K和费米温度TF = 220，000 K，分别在金属化密度0.64 mol H/cm 3。动态压缩是通过超音速、绝热、非线性流体力学来实现的，其基本思想是在19世纪在欧洲大学发展起来的。今天，动态压缩通常不为科学界所熟悉。本文的目的是提出一个简要的审查（i）动态压缩及其对材料的影响，（ii）的考虑，导致样品架设计专门用于制造金属流体H，和（iii）的动态和静态压缩的相互比较，以制造金属H。
2014-06-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Titanium-hydrogen interaction at megabar pressure
金属粒子（$\mathit{ejecta}$）在气体中的输运过程是核能量学领域最近工作的主题。本文研究了钛喷射物在兆巴压力下的热重氢中的溶解过程。采用经典和量子分子动力学方法研究了该过程的热力学和动力学性质。估算了喷出物的溶解时间、钛原子与氢的饱和极限和溶解热。发现半径为1 $μm$的粒子在氢气中的溶解时间为$1.5 \cdot 10^{-2} \ μs$，而混合过程可用扩散定律描述。所提出的方法证明了钛-氢系统的最终状态为具有完全溶解的钛颗粒的均质化流体。这一结果可以推广到钛和氢为原子流体的所有外部条件。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Ionization/dissociation-driven first order phase transitions: on a new class of first order phase transitions
本文通过比较等离子体化学模型与DFT第一性原理模拟，揭示温稠密氢导电相变的等离子体本质，并提出电离/解离驱动的新型一级相变概念。
2025-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
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
Adsorption of molecular hydrogen on honeycomb ZnO monolayers: A quantum density-functional theory perspective
本研究采用量子密度泛函理论（QLDFT）探究分子氢在原始ZnO单层的吸附，评估其在宽热力学条件下的储氢容量，发现ZnO片对氢分子平行运动限制更紧，且等量吸附热在不同温度下对吸附质密度的依赖性存在差异。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mixtures of Ethane with CO$_2$ and Water Simulated in ZSM-22: The Role of Polarity and Hydrogen Bonding
本研究模拟ZSM-22中乙烷、CO$_2$和水的扩散，发现CO$_2$对乙烷影响小，而水通过分子桥减缓乙烷扩散，氢键和极性起关键作用。
2024-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Lattice dilation near a single hydrogen molecule in an interstitial channel within a nanotube bundle
我们研究了碳纳米管束间隙通道中单个氢分子的基态。先前的（变分）研究发现，当存在许多分子时，包括致密流体，纳米管晶格略微膨胀，晶格常数相对增加1%。虽然很小，但这种膨胀使IC内部每个分子的结合能增加了一倍。在这里，在单个粒子的情况下，结果是更小的膨胀，局限于粒子附近，结合能的增加要小得多。
2003-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Quantum molecular dynamics simulations of thermophysical properties of fluid ethane
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟研究了乙烷在极端条件下的热物理性质。本文给出了暖密区乙烷流体状态方程的新结果。通过Kubo-Greenwood公式计算光学电导率，从该公式导出直流电导率和光学反射率。通过对液态乙烷的电导率谱、对关联函数、电子态密度和电荷密度分布的分析，系统地研究了乙烷的非金属-金属转变与其分解的密切关系，即乙烷分解为分子和/或原子氢以及一些长链烷烃。
2012-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Dynamic transition of supercritical hydrogen in gas giants: defining the boundary between interior and atmosphere
理解气体巨星的物理学需要了解氢在极端压力和温度下的行为。这些行星中的分子氢是超临界的，并且被认为是一种物理上均匀的状态，在这种状态下，液体和气体之间没有区别，并且所有性质都不会随着压力和温度发生显著或明显的变化，这种情况被认为低于离解和金属化转变。在这里，我们表明，在木星和土星，超临界分子氢经历了一个动态的转变约10 GPa和3000 K的“刚性”的液体状态的“非刚性”的气体状流体状态在弗伦克尔线最近提出的，伴随着所有主要的物理性质的质的变化。这一发现的后果进行了讨论，包括物理上合理的方式来划分内部和气体巨星的气氛。
2014-03-13 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nitrogen and hydrogen intercalation into crystalline fullerite C$_{60}$ and photoluminescent studies in a wide temperature range
本文在宽温区研究氢、氮饱和富勒烯C$_{60}$单晶的光学性质，发现高温饱和会形成新化合物，并首次报道其光致发光特性。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.atm-clus
Optical properties of high pressure liquid hydrogen across molecular dissociation
用从头算方法计算了压缩氢在金属化和离解区域的光学性质，并与最近的实验结果进行了比较。我们确认，在3000 K以上，这两个过程是连续的，而低于1500 K的一级相变是伴随着一个不连续的DC电导率和热导率，而反射率和吸收系数变化迅速，但连续。我们的研究结果支持最近对NIF实验的分析（P. Celliers等人，Science 361，677-682（2018）），该实验将金属化的开始归因于反射率约为0.3的压力。我们的结果还支持这样的结论：在高于1500 K的温度下，激光加热DAC实验中观察到的温度平台对应于光吸收的开始，而不是相变。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A High Power Density, High Efficiency Hydrogen-Chlorine Regenerative Fuel Cell with a Low Precious Metal Content Catalyst
我们报道了具有氯电极的氢-氯电化学电池的性能，该氯电极采用低贵金属含量的合金氧化物电催化剂（Ru_0.09Co_0.91）_3O_4作为氯电极。该电池采用商用氢燃料电池电极，并以电流和电解模式通过Nafion膜传输质子。峰值电流功率密度超过1 W·cm^-2，是先前文献值的两倍。氯电极的贵金属负载量低于0.15 mg Ru cm^-2。几乎没有观察到活化损失，使电池在90%的电压效率下以接近0.4 W cm^-2的功率运行。我们报告了流体压力、电解质酸浓度和氢侧加湿对整体电池性能和效率的影响。我们的结果与Rugolo等人的模型的比较[Rugolo等人，J.电化学索科，2012，159，B133]指出了进一步性能增强的方向。这里报告的性能使这些设备在碳封存和电网规模的电能存储应用的承诺。
2012-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Fully Consistent Density Functional Theory Determination of the Insulator-Metal Transition Boundary in Warm Dense Hydrogen
利用概念上和程序上一致的密度泛函理论（DFT）计算和先进的元GGA交换关联泛函的从头计算分子动力学模拟，我们确定了50 ~ 300 GPa压力范围内的热稠密流体氢的绝缘体-金属转变（IMT）.通过路径积分分子动力学（PIMD）的核量子效应的列入锐化的金属过渡，并降低过渡温度相对于Born-Oppenheimer（BO）MD的结果。BOMD本身给出了改进的协议与实验结果相比，以前的DFT预测。检查的离子对关联函数的上下文中的突然电导率增加在过渡确认金属过渡由于解离的分子氢，符合突然的带隙闭合。PIMD和BOMD结果的直接比较清楚地表明了同位素对IMT的影响。不同于随机模拟，这些结果不依赖于任何特设的基态和有限T方法的组合。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Chemical manipulation of hydrogen induced high p-type and n-type conductivity in Ga2O3
光电子和高功率器件的进步与具有优异输运性能的宽带隙材料的开发息息相关。然而，双极掺杂（n型和p型掺杂）和实现高载流子密度同时保持良好的迁移率一直是宽带隙材料的巨大挑战。在这里，P型和n型导电性被引入β-Ga 2 O3，一种超宽带隙氧化物，通过控制氢掺入晶格中而无需进一步掺杂。氢诱导的n型电导率的9个数量级的增加与施主电离能的20 meV和电阻率的10-4欧姆.厘米。通过改变晶格中的氢结合，将导电性切换为p型，受体电离能为42 meV。密度泛函理论计算被用来检查氢的位置在Ga 2 O3晶格中，并确定了一个新的施主类型作为这种显着的n型导电性的来源。正电子湮没光谱证实了这一发现和结果的解释。这项工作说明了一种新的方法，允许一个可调的和可逆的方式来修改半导体的导电性，预计将有深远的影响，在半导体领域。同时首次证明了Ga_2O_3的p型和n型导电性，这将为Ga_2O_3器件的发展、光电子器件和大功率器件的发展带来新的希望
2019-11-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Newns-Anderson Hamiltonian Construction for Chemisorbed Hydrogen at Metal Surfaces
University of Warwick（华威大学）；University of Vienna（维也纳大学）
本文提出从头原理方法构造Newns-Anderson哈密顿量，用于研究金属表面化学吸附氢的电子耦合与吸附特性。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Design Principles for Fluid Molecular Ferroelectrics
University of Leeds（利兹大学）
通过氢氟代换调控顺平行配对模式，研究揭示了流体分子铁电材料中层状与向列序的形成机制，为设计和工程极性流体提供了理论指导。
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of hydrogen pressure on hydrogenated amorphous silicon thin films prepared by low-temperature reactive pulsed laser deposition
我们采用反应脉冲激光沉积法在120 ℃的低温下，在0-20 Pa的不同氢压范围内沉积了本征氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，并研究了薄膜的氢掺入、结构、光学和电学性质随环境氢压的变化。膜厚随氢压的增加而线性减小。薄膜的氢含量由红外光谱和光学带隙由UV-Vis-NIR透射率和反射率测量确定。电测量产生的暗电导率的膜。薄膜的氢浓度在10^21-10^22 cm^（-3）范围内，并随氢压的增加而增加，直到后者达到15 Pa，超过该值，氢浓度降低。薄膜的光学带隙和暗电导率随氢浓度的变化而变化。暗电导率在10^（-9）-10 ^（-10）S/cm范围内。观察到2.2-2.6 eV的异常宽的光学带隙。
2017-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Turnover of the melting line of highly compressed molecular hydrogen
传统的分子动力学模拟采用非经验的原子-原子势近似，在较宽的压力和温度范围内确定了高压缩的经典分子氢的熔化温度。结果表明，熔化温度随压力的增加而升高，其斜率在兆巴压力下趋于负值。我们讨论了这种转变的原因，并分析了这种影响与H2中化学键参数的关系。
2013-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Onset of metallic transition in molecular liquid hydrogen
氢的液-液相变是氢相图的中心，是获得诸如Wigner-Huntington金属化、超导性和超流性等涌现性质的有希望的途径。本文采用扩散量子蒙特卡罗和密度泛函理论计算方法对氢的液-液相变进行了研究。我们的研究结果表明，金属化过程发生在较低的压力和温度相比，分子到原子氢的结构相变。结果是金属化的分子氢在宽范围的压力和温度下是稳定的。我们的研究突破了金属化过程与氢分子解离过程相一致的传统假设，分子金属氢液相有可能成为研究氢相变的前沿。
2022-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Single-sided-hydrogenated graphene: Density functional theorypredictions
氢化已被证明是打开石墨烯带隙的有效工具。在目前的密度泛函研究中，我们证明了单面氢化石墨烯是一种间接带隙为1.89 eV的半导体，介于无带隙石墨烯和宽带隙石墨烷之间。我们表明，它的电子结构和晶格特性是从那些石墨烯，graphone，或graphane有很大的不同。晶格常数和C-C键长比石墨烯长15%。我们的结合能分析证实，这种单侧氢化导致化学稳定的材料。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulation of hydrogen adsorption in hierarchical silicalite: Role of electrostatics and surface chemistry
本研究通过巨正则蒙特卡洛模拟，探究了分级沸石中氢吸附受静电和表面化学的影响，发现引入介孔和静电作用可显著增强吸附，为储氢材料优化提供依据。
2024-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
