Phonons of metallic hydrogen with quantum Monte Carlo
我们描述了一个简单的方案，执行声子计算与量子蒙特卡罗（QMC）方法，并证明它对金属氢。由于金属氢的能量和长度尺度，以及QMC方法固有的统计噪声，计算力常数的传统方式是昂贵的。我们表明，我们的替代方法是近100倍更有效地解决所需的力常数计算的声子谱的谐波近似。这只需要计算原子力，就像传统的方法一样，否则很少或根本不需要程序修改。
2022-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity and Dissociation in Metallic Hydrogen: Implications for Planetary Interiors
液态金属氢（LMH）是近年来在静态压缩和高温条件下在实验台上制备的。在这里，我们报告的光学反射率的LMH在1.4-1.7毫巴的压力区域的研究和使用Drude自由电子模型，以确定其光学电导率。我们发现金属氢的静态电导率为11，000 - 15，000 S/cm。需要大量的解离分数来最好地拟合所观察到的反射率的能量依赖性。在我们的实验条件下，LMH主要是原子和简并的，而不是主要的分子。我们确定了等离子体频率和光学电导率。性质被用来分析富氢行星的行星结构，如木星。
2017-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Noble-Gas Solubility in Solid and Fluid Metallic Hydrogen
Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
研究了在500GPa压力下惰性气体在金属氢中的热力学稳定性，发现固态金属氢中惰性气体溶解度低，而液态氢中较重惰性气体可溶解，揭示了巨行星内部惰性气体分异的微观机制。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Metastable Ultracondensed Solid Hydrogenous Materials
本文的主要目的是刺激理论预测如何保留亚稳含氢材料在高压P释放到周围环境。在140 GPa和有限温度T下，在流体中制备了超凝聚金属氢。这里的术语金属意味着量子力学简并。在5.5K下，在495GPa的估计压力下制备了超冷凝氢的单个样品。这个样品是固体还是液体还有待确定。这些结果意味着对金属氢的长期探索可能会在相对不久的将来结束。由于对金属氢的探索几十年来一直是高压研究的主要驱动力，因此一个合乎逻辑的问题是，未来高压研究中是否会出现另一个与该探索规模相当的研究方向。一种可能性是在将P和T释放到环境中时保留亚稳固体金属氢和其它含氢材料。如果含氢材料在释放时能够亚稳地保留在固体中，这些材料将成为科学研究和技术应用的一类新材料。本文简要回顾了金属氢的合成，亚稳固体金属H和其他含氢材料在室温下的潜在技术应用，并发表了实验和理论结果，作为过去亚稳相所取得的成就的一般背景，这表明了未来可能取得的成就。
2017-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature phase diagram of hydrogen at pressures up to 380 GPa. A possible metallic phase at 360 GPa and 200 K
文献1在室温下发现了氢的两个新相：220 GPa以上的IV相和~270 GPa以上的V相。在P~360GPa，T <200K时，我们发现了一个新的VI相.该相可能是金属的，如以下从无特征的拉曼光谱，电阻的强烈下降，以及没有光电导响应。我们研究了氢在低温下的拉曼光谱，红外吸收，和电气测量的压力高达380 GPa的帮助下，并建立了一个新的相图的氢。
2016-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of novel electronic, optical, mechanical and thermal properties of metallic hydrogen at 495 GPa
原子金属氢已在实验室中在高压和低温下产生，促进了对其不同性质的进一步研究。然而，纯粹的实验方法是不可行的，因为在生产和保存亚稳相的极端要求。本文采用第一性原理计算对495 GPa下$I4_1/amd$氢的电子、光学、力学和热学性质进行了系统的研究。计算了$I4_1/amd$氢的电子结构和介电函数，验证了氢的金属性。由带内和带间跃迁计算的等离子体总频率为33.40 eV，与实验结果吻合良好。研究了其弹性稳定性和声速等力学性能。$I4_1/amd$氢的机械稳定性受剪切模量而不是体积模量的限制，并且高杨氏模量表明$I4_1/amd$氢是刚性材料。在研究了晶格振动性质之后，我们研究了晶格非谐性和晶格非谐性以理解金属氢的热行为。最后计算了$I4_1/amd$氢的晶格热导率，沿$x$和$z$方向分别为194.72 W/mK和172.96 W/mK.以金属氢为例，我们证明了第一性原理计算可以成为一种改变游戏规则的解决方案，以了解极端条件下的各种材料特性。
2018-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Electric field induced nucleation: An alternative pathway to metallic hydrogen
引入电场诱导形核作为实现氢的金属相的可能机制。解析表达式推导的成核概率的热和量子成核的材料参数，温度和所施加的字段。我们的研究结果表明，绝缘体-金属转变可以驱动的电场在一个合理的温度范围内，并在更低的压力比目前的范例P > 400 GPa。静态和振荡领域被认为是和实际实施进行了讨论。
2011-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Metallic spintronic nanofilm as a hydrogen sensor
我们研究了钯钴双层薄膜在大气压下充氢的响应。我们发现，氢的钯层的吸收的结果在窄化和移动的铁磁共振线的材料。我们解释所观察到的现象，从减少自旋泵效应和钴膜的磁各向异性通过界面效应的变化。谐振频率或场的偏移最容易检测。我们利用它来证明双层膜作为氢传感器的功能。
2013-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Drivers of chemical diffusion of hydrogen in the thin transition metallic glass V80Zr20
提出利用光学透射法同步获取金属玻璃薄膜中氢浓度时空分布，测定浓度依赖的扩散系数与活化能，并揭示其与晶体钒薄膜的差异及理论意义。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen atom/molecule adsorption on 2D metallic porphyrin: A first-principles study
氢是一种在新能源如燃料电池中有应用前景的元素。这种应用的一个关键问题是储存氢。而且，为了提高存储容量，理解氢与可能的存储材料之间的相互作用机制至关重要。本文采用密度泛函理论（DFT）模拟研究了H/H $_2$在中心含一个过渡金属的二维金属卟啉上的吸附机理。我们的研究结果表明，H（H $_2$）的吸附机理是化学吸附（物理吸附）。嵌入钒或铬原子的二维卟啉对氢原子的最大吸附能为$-3.7$ eV。我们的结果还揭示了上$-0.43$ e向化学吸附的H原子的电荷转移。与此相反，分子氢的最大吸附能计算为$-122.5$毫电子伏嵌入钪原子的二维卟啉。此外，电荷转移是最小的物理吸附。最后，我们还确定了单轴应变对二维金属卟啉的吸附性质的影响最小。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Metallic Hydrogen Sublattice and Proton Mobility in Copper Hydride at High Pressure
用高压核磁共振谱、X射线衍射和从头算研究了Cu 2 H和CuH的原子和电子结构。在40 GPa的压力下合成金属Cu 2 H，在90 GPa下合成半金属CuH，发现其稳定性高达160 GPa。实验和计算表明，在Cu 2 H中形成金属1H-亚晶格以及~10-7 cm 2/s的高1H迁移率。Cu 2 H和FeH数据的比较表明，偏离费米气体的行为，导电氢网络的形成和高1H迁移率可能是金属氧化物的共同特征。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced Hydrogen-Hydrogen interaction in metallic FeH revealed by NMR
氢在金属氧化物中的行为是理解其电子性质的关键。到目前为止，还没有实验方法来访问这些属性超过100 GPa，高Tc超导出现。在这里，我们提出了一个1H-NMR研究立方FeH高达200 GPa。我们观察到64和110 GPa之间的理想金属行为，这表明压力诱导的H-H相互作用的明显偏差。伴随的从头计算支持这一解释，因为它们揭示了电子密度的插入子晶格的形成，这增强了氢对费米能级的电子态密度的贡献。这项研究表明，压力诱导的H-H相互作用可以发生在金属超导体在更低的压缩和更大的H-H距离比以前认为，并刺激在寻找新的高温超导体的替代途径。
2019-02-08 cond-mat.mtrl-sci
The influence of hydrogen on the electronic structure in transition metallic glasses
本研究利用硬X射线光电子能谱和ab initio密度泛函理论，揭示了氢在二元过渡金属玻璃V$_{80}$Zr$_{20}$中诱导的$s$-$d$杂化能态形成，并通过实验与理论计算证实了其对光学吸收和电阻率的显著影响。
2024-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic enhancement of molecular hydrogen dissociation on metallic magnesium nanoclusters
光驱动等离子体增强金属催化剂上的化学反应是实现高选择性和高效化学转化的有前途的策略。等离子体激元催化剂材料的研究传统上集中在后过渡金属如Au、Ag和Cu上。近年来，人们对一组地球上丰富的元素如Mg的等离子体特性越来越感兴趣，这些元素表现出有趣的氢化化学，在储氢方面具有潜在的应用。本工作采用含时密度泛函紧束缚和密度泛函理论计算方法研究了一组含2057个原子的金属镁纳米团簇的光学、电子和催化性质。我们的研究结果表明，镁纳米团簇能够产生高能量的热电子的能量高达4 eV。通过电子结构分析，我们发现这些超热电子与物理吸附的氢分子的电子态在能量上是一致的，超热电子占据氢分子的电子态可以促进氢的解离反应。我们还发现，逆反应，金属镁上的析氢，可以潜在地促进热电子，但遵循不同的机制。因此，从理论的角度来看，镁纳米团簇显示出非常有前途的行为，其用于光促进储存和释放氢。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci
A quantum fluid of metallic hydrogen suggested by first-principles calculations
一般认为，固态氢在足够高的压力下会转变成金属碱类晶体。然而，一些理论模型也表明，压缩氢可能在低温下形成不寻常的双组分（质子和电子）金属流体，甚至可能是零温液体基态。这些新的物质状态的存在取决于熔化温度与压力曲线（“熔化线”）中存在的最大值。以前的测量氢熔体线的压力高达44 GPa导致有争议的结论，关于这个最大值的存在。在这里，我们报告从头计算，建立熔体线高达200 GPa。我们预测，在分子间相互作用的微妙变化导致的熔点线以上90 GPa的下降。这意味着，当固体分子氢被压缩时，它在成为单原子晶体之前会转化为低温量子流体。新出现的氢及其同位素的低温相图与熟悉的3He和4He相类似，3He和4He是唯一已知的零温液体，但氢中存在的长程库仑相互作用和大组分质量比将确保显着不同的性质
2004-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio investigation on the experimental observation of metallic hydrogen
本文用\emph{ab initio}方法对氢在$\sim$ 500 GPa下的光谱进行了理论研究。在C2/c-24、Cmca-12、Cmca-4和I41/amd四种最具竞争力的结构中，只有I41/amd原子相能较好地解释最近的实验结果，而电子-声子相互作用（EPIs）起着至关重要的作用。由于晶格振动的非谐效应（AHEs）是不可忽略的，但不足以解释实验观察到的反射率的温度依赖性。在2 eV处反射率的下降不是由于金刚石的带隙减小或带间等离子体激元引起的，而很可能是由于金刚石中的缺陷吸收。这些结果为近期实验实现金属氢提供了理论支持。强的EPI和不可忽略的AHE也强调了在未来的研究中对电子和原子核进行量子处理的必要性。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Comment on Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen
Dias和Silvera（DS）最近的一篇论文报道了在5.5和83 K下在495 GPa下在金刚石压砧单元中产生金属氢。这一结果对能源和火箭技术具有重要影响。在这里，我们认为，所提出的（非常稀缺）的结果是矛盾的实验描述，使他们的主张不支持实验。此外，所提出的影响是高度投机性的，使这篇论文对广大读者来说非常混乱。阐明的索赔和相关的影响是重要的，建立一个连贯的画面，目前正在出现的结果，在各个层次的理论计算和实验研究，采用静态和动态压缩技术。毫无疑问，氢在高压下金属化。但这并不意味着所有关于立即达到这种状态的说法都是有效的。科学界希望了解氢在什么条件下金属化，导电状态的性质及其特性（例如超导性）。在这里，我们认为，所提供的数据并没有提供任何可靠的信息。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci
High Temperature Equation of State of Metallic Hydrogen
对液态金属氢的物态方程进行了数值求解。研究是在这样的温度下进行的，这既符合地球上产生金属氢的实验条件，也符合太阳系巨行星（如木星和土星）核心的条件。假设氢处于原子状态，其所有电子都是集体化的。应用电子与质子相互作用中的微扰理论，确定了金属氢的热力学势。电子子系统被认为是在随机相位近似的交换相互作用和相关的电子在局域场近似。在硬球近似中考虑了质子间的相互作用。计算了金属氢在零阶、二阶和三阶微扰理论项下的热力学特性。三阶项被证明是相当必要的，在适度的高温和密度，虽然它是比二阶项小得多。金属氢的热力学势是密度和温度的单调递增函数。在地球上产生金属氢的条件所特有的温度和压力的压力值与金属氢的发现者报道的相应值高度准确地一致。发现存在金属氢液相的温度和密度范围。
2016-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Finite element simulation of the liquid-liquid transition to metallic hydrogen
高温高压下的氢经历从液态分子相到导电原子态或液态金属氢的相变，有时称为等离子体相变（PPT）。PPT相线是在最近的一项实验中观察到的，该实验研究了在压力范围为$\sim 100 - 170 \text{GPa}$、温度高达$\sim 2000 \text{K}$的金刚石压砧单元中激光脉冲加热的氢。转变的实验特征是（i）负的压力-温度斜率，（ii）加热曲线中的平台，假定与转变的潜热有关，以及（iii）样品的反射率的突然增加。我们提出了一个有限元模拟，准确地考虑到由激光脉冲沉积的热量的位置和时间依赖性。我们计算了加热曲线和样品的反射率和透射率。该模拟证实了所观察到的平台与相变有关，但是我们发现需要大的潜热值，并且可能表明在转变处的动力学比当前模型中考虑的更复杂。最后，实验提出，可以区分由于过渡到金属态或由于关闭的带隙在分子氢的光学性质的变化。
2019-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Manyparticle interactions and local structure of the metallic hydrogen at zero pressure
在电子气能量对电子-离子相互作用势进行三级微扰展开的基础上，计算了金属氢中的电子对相互作用势和不可约三离子相互作用势。三离子相互作用的不可约势在短分离时具有吸引性，在大分离时振荡。三离子相互作用的各向异性字符显示。构建了离子对相对于第三离子的电势释放。这种救济有一些潜在的井和山谷，连接他们。不可约的三离子相互作用的重要作用，在三个和四个离子团簇的局部秩序的形成。计算了等角离子三重态相对于第四离子的电势释放。该浮雕在分子$H_{2}$中的质子间分离对应的质子间分离处具有用于第四离子的深势阱。离子跃迁到这个井的准经典概率进行了评估。估算了与$H_{2}$分子隧穿成核有关的氢金属相的寿命。
2000-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanosized Monoatomic Palladium Metallic Glass
物理玻璃化的单元素金属玻璃需要快速冷却，这对于大多数最紧密堆积的金属来说仍然是无法实现的。在这里，我们报告了一种简单的合成策略，用于使用低于1000 K/s的冷却速率从钯-硅液滴产生纯度为99.35 +/- 0.23 at%的单原子钯金属玻璃纳米颗粒。原位环境透射电子显微镜直接检测硅的浸出。进一步的吸氢实验表明，这种钯金属玻璃的吸氢膨胀很小，在氢气分离方面具有很大的应用潜力。我们的研究结果提供了深入了解形成的单原子金属玻璃在纳米尺度。
2020-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Structure and metallicity of phase V of hydrogen
最近在325 GPa和300 K以上的实验中发现了一种新的氢V相。由于在这样的记录压力下的样品尺寸非常小，测量仅限于拉曼光谱。实验数据表明，随着压力的增加，样品的拉曼活性降低，颜色变暗，这表明样品的带隙闭合，分子即将发生解离，但没有得到明确的结论。此外，现有数据不足以确定仍然未知的第五阶段的结构。引入鞍点$ab$ $initio$随机结构搜索（SP-AIRSS），我们发现了几个新的结构候选人的氢，可以描述所观察到的性能相V。我们研究了氢金属化在拟议的候选结构，并表明，较小的带隙与较长的键长。我们的结论是，第五阶段是迈向金属化的垫脚石。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen adsorption on single wall carbon nanotubes: Metallic hydrogen decoration
通过第一性原理计算，我们发现碳纳米管的电子结构和原子结构随着氢的化学吸附而发生剧烈的变化。当在半覆盖下均匀地外氢化时，锯齿形纳米管的截面变成字面上的正方形或矩形，并且它们是金属的，在费米能级具有非常高的态密度，而其他异构体可以是绝缘的。对于锯齿形和扶手椅形纳米管，每个碳原子从内部和外部氢化交替产生最稳定的异构体，具有非常弱的曲率依赖性和大的带隙。
2002-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Constructing Metallic Nanoroad on MoS2 Monolayer via Hydrogenation
单层过渡金属二硫属化合物最近作为一种新的二维材料家族出现，由于有限带隙的存在，可能适合电子和光电子器件中的众多应用。许多提出的应用需要在这些半导体单层内有效地传输载流子。然而，如何在这些原子级薄的半导体上构建稳定的导电纳米电极仍然是一个挑战。在这里，我们证明，氢化的二硫化钼单层表面诱导的超导体-金属过渡，和带状图案化的氢化能够产生一个导电nanoroad。带隙的闭合是由于形成了以Mo 4d轨道为主的带隙杂化态，以及氢原子向晶格中的电子贡献。弹道电导计算表明，这样的一个nanoroad在二硫化钼表面表现出整数电导，表明小的载流子散射，因此是理想的作为一个导电通道或互连，而不损害单层的机械和结构的完整性。
2013-10-01 cond-mat.mtrl-sci
On the Lifetime of Metastable Metallic Hydrogen
氢的分子相在通常估计为300 - 500 GPa的高压下转化为原子金属相。我们分析了压力低于过渡压力时金属相的衰减。金属状态预计将处于亚稳态长寿命状态，低至约10 - 20 GPa，并在较低压力下立即衰变。长寿命亚稳态的压力范围与不可能产生浸入高密度电子液体中的稳定氢分子直接相关。对于较低的压力，与能量有利的氢分子内的无电子腔的成核不能抑制与低的环境压力。
2016-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Metallic hydrogen with a strong electron-phonon interaction at a pressure of 300-500 GPa
具有FDDD对称性晶格的金属氢原子在350 - 500 GPa的压力范围内具有稳定的相。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
Observation of the Wigner-Huntington Transition to Solid Metallic Hydrogen
我们已经研究了低温加压下的固态氢。随着压力的增加，我们观察到样品的变化，从透明到黑色，再到反射金属，后者在495 GPa的压力下进行了研究。我们测量了可见光谱中反射率与波长的函数关系，发现金属氢的反射率值高达0.90。我们已经使用Drude自由电子模型拟合了反射率，以确定T= 5.5 K时的等离子体频率为30.1 eV，相应的电子载流子密度为6.7 × 1023个粒子/cm 3，与理论估计一致。其性质是金属的性质。固体金属氢已在实验室中制得。
2016-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Public Debate on Metallic Hydrogen to Boost High Pressure Research
Dias和Silvera在495 GPa下观测到金属氢的说法并没有得到同事们的赞扬，而是遭到了怀疑，并在国际高压科学与技术会议AIRAPT 26上发展成为一场公开辩论。我们简要回顾了这场辩论，并扩展了主题，以表明这场争论可能是一个有利于整个高压社区的机会。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Solid Solubility in Metallic Hydrogen
本文通过近500 GPa下的理论计算考察Be、B、Mg、S、Fe、La在固态金属氢中的占位与固溶行为，发现各类元素均可溶，暗示多数元素可溶于金属氢。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
On the possibility of metastable metallic hydrogen
金属氢有望展现出非凡的物理特性。例子包括高温超导性和可能的新型量子流体。这些可能具有革命性的实际应用。然而，获得金属氢所需的压力预计是显著的。因此，对于实际和陆地应用，一个关键问题是该相在较低压力下是否是亚稳的。在这项工作中，这种可能性进行了调查，使用第一性原理模拟。结果表明，金属氢是亚稳态的，但强烈地表明，它不是这样的环境条件。这些结果的基础物理的影响，也亚稳金属氢的实际应用进行了讨论。
2017-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
The pseudopotential approach within density-functional theory: the case of atomic metallic hydrogen
计算了金属氢原子的内能、声子谱、声子色散曲线和超导电性。将密度泛函理论中的赝势与全库仑势全电子线性Muffin-tin轨道计算进行了比较。就内能而言，定量地得到了类似的结果.发现相变压力的差异较大，足以影响相图。电子-声子谱函数$α^2 F(ω)$也有显著差异。与预期相反，在$500$ GPa下第一原子金属相I4 $_{1}$ /amd（Cs-IV）的估计超导临界温度T $_{c}$实际上更高。
2019-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Comment on A First-order Phase Transition to Metallic Hydrogen
Zaghoo等人最近的一篇论文提出了高压和高温下的光学数据，并将这些数据解释为加热过程中向金属氢的一级相变的证据。在这里，我们认为，所提供的数据与这些说法是矛盾的。阐明这个问题是重要的是建立一个连贯的画面，是新兴的各种水平的理论计算和实验研究采用静态和动态压缩技术的结果。在这种情况下，使用适当的电子和化学状态的探针是至关重要的。光学探针不解决能量依赖的电导率，同时多次引用德鲁德模型是高度投机性的。事实上，现有的动态和静态压缩数据和理论模型表明，研究能量依赖的电导率是重要的理解热密氢的性质。此外，最新的研究表明，临界点，划分的制度之间的交叉绝缘和等离子体状态在低密度的一级液-液转变，是200 GPa以上。下面我们集中讨论Zaghoo等人对数据解释的不一致之处，这需要仔细审查他们的主张和进一步的详细调查。我们分析了他们的光学数据，并使用有限元计算，认为Zaghoo等人研究的高温状态不是金属的，并且数据不能区分一阶相变和连续相变，甚至不能区分一个相中的带隙下降
2016-11-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Optical properties of inhomogeneous metallic hydrogen plasmas
我们调查的光学性质的氢，因为它经历了从绝缘分子的过渡到金属原子相，当在兆巴压力的脉冲激光加热金刚石砧室。目前大多数实验试图通过检测光学反射率和/或透射率的变化来观察这种转变。这种变化的理论模型的基础上的介电函数计算散装，均匀的材料板。在实验上，人们期望氢等离子体密度在长度尺度上变化，其基本上不小于探测光的波长。我们表明，考虑到这种不均匀性可以导致显着的反射率和透射率的修正。我们提出了一种技术来计算系统的光学性质与一个平稳变化的载流子密度，确定在金刚石砧室实验中的金属氢的光学响应，并与标准结果进行对比。通过分析最近的实验结果，我们得到了金属氢在170 GPa和1250 K下的电导率$σ^{Drude}_{DC}=(2.1 \pm 1.3) \times 10^3$（$Ω$ cm）$^{-1}$。
2015-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Comments on the claimed observation of the Wigner-Huntington Transition to Metallic Hydrogen
在他们最近的工作中，Dias和Silvera（Science 2017）声称在低温下在495 GPa的压力下观察到氢到金属态（MH）的Wigner-Huntington转变。这种转变的证据是基于一个高的电子载流子密度推导出的德鲁德自由电子模型拟合样品的反射率。根据我们对反射率数据的分析，我们在他们发表的数据中没有发现金属氢的令人信服的证据。压力的确定也是模糊的-根据所呈现的拉曼光谱，它应该是~630 GPa。为了比较，我们提出了我们自己的数据在350-400 GPa的压力下观察高度反射氢。金属反射率的出现伴随着样品的有限电导率。我们认为，在Dias和Silvera的实验中的实际压力可能低于400 GPa。在这种情况下，观察到的增强的反射率将与在arXiv：1601.04479中公开的到导电状态的相变相关。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Zero-Temperature Structures of Atomic Metallic Hydrogen
采用密度泛函理论的从头算随机结构搜索方法，计算了金属氢原子在500 ~ 5 TPa压力范围内的零温结构.在简谐近似下考虑零点运动，我们估计氢分子在500 GPa附近离解成单原子体心四元结构（rs = 1.225），然后在2.5 TPa附近保持稳定（rs = 0.969）.在较高的压力下，氢稳定在...美国广播公司与锂的基态非常相似的平面结构，其压缩到面心立方晶格超过5 TPa（rs < 0.86）。在这个理论水平上，我们的结果提供了一个完整的从头计算描述的原子金属结构的氢，解决了最根本的和长期悬而未决的问题之一，有关的元素的结构。
2010-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Degradation of metallic surfaces under space conditions, with particular emphasis on hydrogen recombination processes
金属结构在空间技术中的广泛使用带来了在空间条件下发生退化的风险。过去十年中开发的专门用于空间应用的新型材料大多没有经过针对不同空间飞行任务情景的良好测试。在长期空间任务期间，材料降解如何影响航天器和装置的稳定性和功能性，目前知之甚少。我们的目标是预测如何太阳风和电磁辐射降解金属结构。因此，对空间条件下的材料降解进行了实验和理论研究。这些研究是在位于不来梅（德国）的德国航空航天中心（DLR）和Zielona Góra大学（波兰）完成的。本文介绍了这些研究的理论部分的结果。提出了金属自由电子与太阳质子复合形成的充满氢分子气体的金属泡。建立了气泡形成的热力学模型。我们研究的创建过程中的$\rm{H_2}$ -气泡的功能，除其他外，金属温度，质子剂量和能量。我们的模型已被验证，在德国航空航天中心在不来梅设施完成的辐照实验。气泡形成的后果是这种降解金属的物理和热光性质的变化。我们表明，高表面密度的气泡（高达$10^8$ $\rm{cm^{-2}}$）与一个典型的气泡直径为$\sim 0.4$ $\rmμ$ m将导致金属表面粗糙度的显着增加。这可能对任何空间任务产生严重后果。金属箔热光特性的变化对太阳帆推进技术尤其重要，
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Comment on: Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen
在最近发表的一篇文章[1]中，Ranga P. Dias & Isaac F. Silvera已经报道了金属氢的视觉证据，伴随着其在495 GPa压力和低温下的表征。我们在接受采访时对这一结论表示严重怀疑[2，3]。在下面的评论中，我们想根据我们和世界各地其他团体获得的支持我们怀疑论的实验证据，详细说明原因。我们在本文中发现了两个主要缺陷，如下所述：压力被大大高估;样品反射率的来源和反射率的分析可能受到严重质疑。
2017-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Thermomechanics of hydrogen storage in metallic hydrides: modeling and analysis
本文提出了一个氢在金属陶瓷中吸附的热力学自洽数学模型。除了氢的扩散，该模型占相变伴随着滞后，溶胀，温度和热传递，应变和应力。我们证明了一个精心设计的，半隐式近似计划的后续系统的偏微分方程的解的存在性。概括了多组分电离“气体”的漂移扩散。
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.AP
Metallic and semimetallic states of molecular crystalline hydrogen at high pressures
在密度泛函理论的框架下，采用从头算分子动力学方法，研究了100，K下晶态氢分子的结构和电子性质.计算了压强、对关联函数和能带结构。在302- 626 GPa的压力范围内，观察到分子晶体氢从半导体态到半金属态和金属态的跃迁。在低于361.GPa的压力下，具有C2/c结构的分子晶体是具有间接带隙的半导体.在361 - 527“，GPa压力范围内，单斜C2/c晶格的能带结构具有部分未占据价带和部分占据导带的特征半金属轮廓。当压缩到544 GPa以上时，结构从单斜C2/c转变为斜方Cmca，并伴随着直接能隙值的急剧下降（超过两个数量级），这是所得结构的金属导电性的指示。金属态是亚稳态的，并且在高达626 GPa的压力下存在。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Metallic liquid hydrogen and likely Al2O3 metallic glass
在140 GPa（140万bar）的压力下，利用动态压缩技术合成了液态金属氢，实验数据和理论预测Al 2 O3在300 GPa下可能是金属玻璃。在这两种情况下，金属化的机制可能是Mott型转变。蓝宝石的强度使冲击波在强固体和软流体中的耗散分裂不同。一旦4.5-eV H-H和Al-O键在足够高的压力下在液态H2和蓝宝石（单晶Al 2 O3）中断裂，电子离域，这导致在流体H中以及可能在非晶Al 2 O3中形成能带。蓝宝石的高强度导致冲击耗散主要以熵吸收高达~400 GPa，这也导致300-K等温线和Hugoniot在该压力范围内几乎一致。在~400 GPa以上，冲击耗散必须主要进入温度，这在实验上被观察到为在~400 GPa以上冲击压力的快速增加。玻璃态Al 2 O3的金属化，如果得到验证，预计在强氧化物绝缘体中是普遍的。超级地球的影响进行了讨论。
2011-01-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
In situ diffraction study of catalytic hydrogenation of VO2: Stable phases and origins of metallicity
通过化学掺杂来控制电子布居是在具有强电子相关性的材料中打破竞争相之间平衡的一种方式。在电子-电子和电子-晶格相互作用的驱动下，二氧化钒在约338 K处在高温四斜晶系金属态（T）和低温单斜晶系绝缘态（M1）之间表现出一级相变。VO 2与原子氢的嵌入已被证明，有证据表明，这种掺杂抑制过渡。然而，插层氢对所得氢化物的晶体和电子结构的详细影响以前没有报道。在这里，我们提出了同步辐射和中子衍射研究这种材料系统，绘制出的结构相图作为温度和氢含量的函数。除了原始的T和M1相，我们发现两个正交相，O 1和O2，这是稳定在较高的氢含量。我们提出的密度泛函计算，确认这些国家的金属性，并讨论氢稳定导电相的物理基础，在金属-绝缘体过渡的背景下。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanistic insights into hydrogen reduction of multicomponent oxides via in-situ high-energy X-ray diffraction
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Institute of Hydrogen Technology, Helmholtz-Zentrum hereon GmbH（赫姆霍兹-海伦有限责任公司氢能技术研究所）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究通过原位高能X射线衍射揭示前驱体状态对多组分氧化物氢还原路径及纳米多孔合金微观结构的关键影响，提出单步制备策略。
2025-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical properties of TM-doped (8,0) SiC SWNT and the prospect of hydrogen storage
采用第一性原理密度泛函理论，在量子espresso程序中研究了过渡金属（TM）掺杂单壁（8，0）SiC纳米管的性质.所研究的性质是电子、光学和储氢前景，而用于掺杂的过渡金属是铁、锰和钴。结果表明，铁磁有序更好地描述了掺杂过程中的磁序。掺杂导致半金属性质。TM-3d和C-2 p在费米能级附近的杂化导致了半金属性的出现。此外，该管的光电特性和储氢容量也发生了变化。掺杂似乎导致光电子学应用范围的扩大，从远红外到可见光的光伏效应。此外，该管似乎显示出储氢的潜力。
2022-05-19 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
Metallic solid-state hydrogen storage crystals achieved through chemical precompression under ambient conditions
Key Laboratory of Material Simulation Methods & Software of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University（吉林大学物理学院教育部材料模拟方法与软件重点实验室）；Institute of Atomic and Molecular Physics, Jilin University（吉林大学原子与分子物理研究所）；Institute of Theoretical Chemistry, College of Chemistry, Jilin University（吉林大学化学学院理论化学研究所）
通过化学预压缩在常温下实现稳定的金属固态氢存储晶体，突破高密度氢存储难题。
2025-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Quantum Monte Carlo study of the phase diagram of solid molecular hydrogen at extreme pressures
建立氢的相图是实验物理和理论物理的一个重大挑战。单靠实验无法建立高压下固态氢的原子结构，因为氢对X射线的散射很弱。相反，我们对原子结构的理解主要基于密度泛函理论（DFT）。通过比较拉曼光谱的低能量结构中发现的DFT搜索与实验光谱，候选原子结构已被确定为每个实验观察到的阶段。不幸的是，DFT预测金属结构在高达400 GPa的广泛压力范围内具有能量优势，其中实验已知氢是非金属的。在这里，我们表明，更先进的理论方法（扩散量子蒙特卡罗计算）发现金属结构是没有竞争力的，并预测相图与实验合理的协议。这大大加强了候选原子结构精确地模拟实验观察到的相的说法。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Full Temperature-Dependent Potential and Anharmonicity in Metallic Hydrogen: Colossal NQE and the Consequences
结合路径积分方法，将非谐声子色散的温度相关有效势（TDEP）方法推广到全势情形。这种扩展自然解决了原来的TDEP在低温下的固有困难。新方法适用于高压下的固态金属氢。发现了巨大的核量子效应（NQE）和随之而来的非谐性，这不仅导致质子的大漂移，而且在计算声子色散时大大减慢了收敛速度.以直接从头算路径积分分子动力学模拟为基准，指出金属氢中由于巨大的NQE可能导致声子图像的崩溃，暗示可能存在新的晶格动力学现象.在此基础上，给出了声子以外的量子晶格动力学的一般理论形式，并讨论了其主要特征。
2022-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Organic compounds in metallic hydrogen
该研究通过密度泛函理论计算发现，金属氢中碳和氧可形成基于六配位碳的新型有机分子（如CH6、C2H8等），由金属环境稳定，表明有机化学在宇宙中可能普遍存在。
2024-10-29 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hydrogen induced surface metallization of $β$-SiC(100)-($3\times 2$) revisited by DFT calculations
最近在硅封端的$3\times 2$ SiC（100）表面上的实验表明，在氢吸附时具有意想不到的金属特性。这种效应归因于氢与一排Si原子的键合以及相邻悬挂键排的稳定。在这里，密度泛函计算的基础上，我们表明，多层吸附的H在重建的表面是兼容的不同的几何形状：除了饱和的最上面的Si悬挂键，H原子被吸附在相当不寻常的网站，\textit{i.e.}稳定的桥位置以上的第三层Si二聚体。因此，结果表明，金属表面的电子结构的另一种解释
2005-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Expanded Comment on: Optical Properties of Fluid Hydrogen at the Transition to a Conducting State
我们评论McWilliams等人最近发表的一篇论文，声称高压/高温氢是一种半导体或半金属，这与所有早期对该系统的测量相冲突，这些测量表明它是金属的。我们指出了问题和不一致之处，并提出了另一种解释，以便他们的结果与金属氢的观察结果兼容。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Black metal hydrogen above 360 GPa driven by proton quantum fluctuations
金属氢的产生是物理学三大公开任务之一。最近的低温实验报告了不同的金属化压力，从360 GPa到490 GPa不等。在这项工作中，我们模拟的结构特性，振动拉曼光谱，红外光谱和光学光谱的氢相III占质子量子效应。我们证明了核量子涨落使振动子频率降低了25%，在拉曼光谱中引入了宽的线形，并使光学带隙减小了3eV。我们表明，氢金属化发生在380 GPa的第三阶段，由于频带重叠，在良好的协议与运输数据。通过模拟光学性质，我们预测这种状态是一种特殊的黑色金属，在IR中是透明的。透明窗口在450 GPa时关闭，但反射率仍然很低，在490 GPa时观察到的闪亮金属丢弃了III相。我们预测的电导率开始增加70 GPa和透明窗口增加1.3eV时，在0 K下用氘取代氢，强调金属化是由量子涨落驱动的，因此是同位素依赖的。我们展示了氢在不同压力下如何获得金属特征（导电性和亮度），解释了现有实验方案中的明显矛盾。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
The metallization and superconductivity of dense hydrogen sulfide
硫化氢（H2S）是一种原型分子系统，是水的姐妹分子。高压下固态H2S的相图在很大程度上仍未被探索，这是由于在处理较松散的S-H键和H与S之间较大的原子核差异方面的挑战。金属化尚未实现的水冰，但它是建立在96 GPa以上的H2S。然而，H2S的金属结构仍然难以捉摸，极大地阻碍了对其金属性和潜在超导电性的理解。我们已经进行了广泛的结构研究固体H2S在高压下，通过无偏的第一性原理结构预测的基础上群体智能。除了非金属相IV和V的最著名的候选结构的发现之外，我们能够建立稳定的金属结构，这违反了元素分解成硫和氢的早期提议[PRL 85，1254（2000）]。我们的研究揭示了金属H2S的势能，在160 GPa下估计的最大转变温度为~ 80 K，高于大多数原型含氢化合物的预测值（例如，SiH 4和GeH 4等）。
2014-02-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A note on the metallization of compressed liquid hydrogen
我们研究了液态氢中的分子-原子跃迁，因为它与金属化有关。从第一性原理分子动力学得到对势，并与二次响应得到的对势进行比较。这些结果提供了在极端条件下共价键的性质的洞察。基于这种分析，我们构建了一个示意性的解离金属化相图，并建议实验方法，应显着降低实现难以捉摸的金属相的氢所需的压力。
2009-12-19 cond-mat.mtrl-sci
