Link between K-absorption edges and thermodynamic properties of warm-dense plasmas established by improved first-principles method
通过精确的计算，将X射线K吸收边的变化转化为热力学性质的变化，可以利用X射线吸收技术定量表征温暖稠密等离子体的内部热力学性质，为惯性约束聚变等天体物理应用提供必要的信息。我们表明，这种解释可以通过改进的第一性原理方法来实现。我们的计算表明，K边的移动表现出选择性的热参数的敏感性，因此将是一个合适的温度指数温暖稠密等离子体。我们还表明，与其他实验工具相结合时，一个简单的模型，K-边缘的移动可以用来检测温暖的致密等离子体内部的不均匀性。
2015-02-21 physics.plasm-ph
Spin-resolved density response of the warm dense electron gas
我们提出了广泛的新的\emph{ab initio}路径积分蒙特卡罗（PIMC）结果的自旋分辨密度响应的均匀电子气（UEG）在温暖的稠密物质条件。这使我们能够明确地评估以前的理论近似的准确性，从而为介电方案的未来发展提供有价值的新见解。从物理的角度来看，我们观察到一个非平凡的表现，出现在强耦合，$r_s\gtrsim5$的自旋偏角静态密度响应函数的有效电子-电子吸引力。所有的PIMC结果都可以在线免费获得，并可用于基准新的近似和模拟方案。
2022-05-02 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ab initio Exchange-Correlation Free Energy of the Uniform Electron Gas at Warm Dense Matter Conditions
在最近的一封信中[T. Dornheim \textit{et al.}，物理学修订快报。\textbf{117}，156403（2016）]，我们提出了热力学极限下温暖稠密电子气的第一个\textit{ab initio}量子蒙特卡罗（QMC）结果。然而，交换相关自由能相对于密度、温度和自旋极化的完整参数化仍然遥不可及，这是由于缺乏（i）低于$θ=k_\text{B}T/E_\text{F}=0.5$的准确QMC结果和（ii）不同于顺磁情况的自旋极化的QMC结果。在这里，我们克服了剩下的两个限制。通过关闭基态的间隙，并进行广泛的QMC模拟不同的自旋极化，我们能够获得第一个完整的\textit{ab initio}交换相关自由能泛函，实现的准确性是前所未有的$\sim 0.3\%$。这也使我们能够量化的准确性和系统误差的各种以前的近似泛函。
2017-03-23 cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Screening of a test charge in a free-electron gas at warm dense matter and dense non-ideal plasma conditions
利用线性响应理论和局域场修正，基于从头算量子蒙特卡罗模拟数据，研究了在热稠密物质和稠密等离子体条件下部分简并非理想自由电子对试探电荷的屏蔽作用.通过与无规相位近似和Singwi-Tosi-Land-Sjölander近似的比较，对所得结果进行了分析。长波长近似的描述屏蔽的适用性进行了研究。讨论了电子交换关联效应对结构性质的影响以及线性响应理论中屏蔽势对离子动力学模拟的适用性。
2020-09-19 physics.plasm-ph
Real-Space Green's functions for Warm Dense Matter
对热致密物质的电子结构进行精确建模是一个具有挑战性的问题，其解决方案将使人们更好地理解物质的性质，如状态方程，不透明度和导电性，从而从天体物理学到聚变能研究。在这里，我们探讨了实空间格林函数方法作为一种技术解决的科恩-沙姆密度泛函理论方程在温暖的稠密物质条件下。我们发现该方法是易于处理的，准确的密度和温度范围内的利益，与其他方法相比。与其他方法相比，它们被认为是准确的，状态方程很好的协议。
2021-01-06 physics.plasm-ph
X-ray scattering as a probe for warm dense mixtures and high-pressure miscibility
我们展示了弹性X射线散射的能力，以产生信息的致密物质与多个离子物种和致密材料的微观混合。基于从头算模拟的部分结构因子，提出了一种新的计算方法，用于计算致密氢-铍和氢-氦混合物的弹性散射特性。散射信号显着不同之间的单一物种，真正的微观混合物，和两个单独的流体中的散射体积。
2010-05-21 physics.plasm-ph
Thermophysical properties of warm dense hydrogen
我们利用量子分子动力学模拟研究了热重氢的热物理性质。对分布函数，状态方程，Hugoniot曲线，和反射率的新结果。我们比较现有的实验数据和预测的化学图片。特别地，我们讨论了在40 GPa附近稠密流体中发生的非金属-金属相变。
2007-10-04 physics.chem-ph physics.plasm-ph
The impact of three dimensional MHD instabilities on the generation of warm dense matter using a MA-class linear transformer driver
温暖的致密物质很难产生，因为它对应于一种物质状态，其压力比天然材料可以处理的压力大一个数量级。金刚石砧可以用来加压物质高达一个Gbar，这是在高密度，但在室温下。高功率激光和重离子束可以产生温暖的致密物质，但它们不能将其限制足够长的时间，以允许测量准静态传输系数，如粘度或热传导。我们在这里提出了第三种方法来产生温暖的致密物质。它使用脉冲功率驱动器，通过使用等离子体断开开关，大大缩短了电流上升时间，限制了不稳定性的发展。该开关依赖于一个喷气Z箍缩的内爆，该箍缩携带大部分放电电流，直到箍缩到达样品。之后，样品被压缩，直到它达到温暖的致密物质状态。三维磁流体力学计算表明，如果气体的密度足够低，没有可检测到的不稳定性（例如扭结和香肠模式）阻碍了内爆的其余部分。
2017-03-02 physics.plasm-ph
Decay of Langmuir wave in dense plasmas and warm dense matter
利用固体物理中广泛应用的介电函数理论计算了稠密等离子体中朗缪尔波的衰减。四种情况下被认为是：一个经典的等离子体，麦克斯韦等离子体，一个退化的量子等离子体，和部分退化等离子体。结果与传统的朗道阻尼理论有很大的不同。
2010-04-27 cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph quant-ph
Equation of states and transport properties of warm dense beryllium: A quantum molecular dynamics study
用量子分子动力学模拟计算了铍在密度为4.0 ~ 6.0 g/cm $^{3}$、温度为1.0 ~ 10.0 eV的温密区的状态方程、粘度系数、自扩散系数和电子输运系数。主要的Hugoniot与地下核爆炸和高功率激光实验结果一致，最高可达$\sim$ 20 Mbar。计算的粘度和自扩散系数进行了比较与单组分等离子体模型，使用平均原子模型给出的有效电荷。的斯托克斯-爱因斯坦关系，其中提出的粘度和自扩散系数之间的关系，被发现持有相当好的强耦合制度。洛伦兹数，这是导热率和导电率之间的比率，通过Kubo-Greenwood公式计算，并在温暖的密集区域与著名的Wiedemann-Franz定律进行比较。
2013-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
On collisional free-free photon absorption in warm dense matter
本文从Sommerfeld的非相对论韧致辐射截面出发，利用细致平衡关系，导出了热致密物质中自由电子-自由离子碰撞引起的光子吸收率。在均匀简并电子气和均匀离子背景的近似下，将热致密物质视为类金属态。总吸收率在电子费米分布上取平均。一个封闭的表达式获得的吸收率，取决于温度，密度和光子能量，与离子电荷Z的比例。它是数值计算的全参数空间，这需要不同的表示所涉及的超几何函数。结果对大于介质等离子体频率的光子频率有效。他们比较近似公式在各个渐近区域。
2019-07-23 physics.plasm-ph
Electron transport calculations in warm dense matter using scattering cross sections
采用准原子分子动力学方法，对Ziman公式的电导率在温热稠密物质中进行了测试。已被广泛使用的文献中的几个实施方案进行了系统的测试，通过比较准确，但昂贵的Kohn-Sham密度泛函理论分子动力学（KS-DFT-MD）计算。的比较是由几个元素和混合物，并为广泛的温度和密度，并揭示了一个优选的方法，通常给出了非常好的协议与KSDFT-MD的结果，但在一小部分的计算成本。
2015-09-14 physics.plasm-ph
Plasma Conductivity from Warm Dense Matter to the Spitzer Limit Using Mean-Force Kinetic Theory
University of Michigan（密歇根大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）
基于平均力动理学理论，发展了一个从温稠密到热稀薄等离子体条件下计算电子输运系数的理论模型，能够快速准确地计算电导率、热导率和电热系数。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Self-energy effects and energy band theory for warm dense matter
在热致密铝和铍中观察到由于自能移动导致束缚能级展宽和合并而产生的能带结构。提出了热态稠密物质（WDM）的能带理论，发展了基于能带理论的新程序，改进了传统的密度泛函方法。对中低Z波段WDM的状态方程和输运系数进行了大量的数值模拟。利用Lorenz数随简并参数的变化，研究了从完全简并态到部分简并态（与WDM有关），最后到非简并态的转变，得到了WDM的参数上限和下限。结果表明，压力电离的结果在Wiedemann-Franz定律不再适用于WDM。
2018-12-20 physics.plasm-ph
Condensed phase effects on the electronic momentum distribution in the warm dense matter regime
本文报道了Mbar压力下热密Be的价电子动量分布函数n（p）和动力学结构因子的从头计算。我们观察到一个意想不到的，强大的康普顿轮廓重塑密度增加时，甚至在任何显着的核心波函数重叠或发生的行为。我们认为，这种非微扰效应是由于随着密度的增加，价电子波函数和芯电子波函数的正交化对n（p）的影响越来越大，可以通过x射线自由电子激光和大规模激光冲击加热设备上的非弹性x射线散射观察到，并且对于致密的部分电离等离子体的热力学性质也可能更普遍地重要。
2013-08-15 physics.plasm-ph
Nonlinear Density Response and Higher Order Correlation Functions in Warm Dense Matter
在最近的一封信[ \textit{Phys.~Rev.~Lett.} ~ \textbf{125}，085001（2020）]中，Dornheim \textit{et al.} ~给出了第一个\textit{ab initio}路径积分Monte Carlo（PIMC）结果，用于在温暖的致密物质（WDM）条件下的非线性电子密度响应。在目前的工作中，我们扩展了这些考虑，探索非线性响应和三/四体关联函数从多体理论之间的关系。特别是，这种联系直接意味着电子交换相关（XC）效应的非线性响应的灵敏度急剧增加，这确实是由我们在整个相关范围内的密度（$r_s=0.5,\dots,10$）和温度（$θ=0.01,\dots,4$）的分析证实。最后，我们的工作表明，故意探测非线性制度的实验探测三，甚至可能四体关联函数在WDM的可能性。
2021-06-09 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Improving dynamic collision frequencies: impacts on dynamic structure factors and stopping powers in warm dense matter
本研究针对温稠密物质模拟诊断的模型需求，利用自洽场平均原子模型数据，通过纳入量子态密度等因素改进动态碰撞频率，提升了平均原子模型与第一性原理理论的吻合度，可解释散射光谱特征并修正阻止本领。
2023-01-23 physics.plasm-ph
Benchmarking Exchange-Correlation Functionals in the Spin-Polarized Inhomogeneous Electron Gas under Warm Dense Conditions
温密物质是材料科学和等离子体物理的前沿和交叉领域。我们评估常用的交换相关（XC）近似（LDA，PBE，PBESol和AM 05）的性能在自旋极化的非均匀电子气在温暖的稠密条件下的精确路径积分量子蒙特卡罗计算的基础上。这扩展了我们最近对自旋非极化暖密电子气中不均匀性相关性的分析[Z.~ Moldabekov等人，J. Chem.Phys.155，124116（2021）]。我们证明了这些XC泛函的预测精度随着（1）密度的降低（对应于电子间相关强度的增加）和（2）密度扰动的特征波数的增加而恶化。我们提供的建议，所考虑的XC泛函在典型的温暖致密的物质的条件下的适用性。此外，我们暗示在未来的可能性，在这些条件下构建更准确的XC泛函。
2021-10-13 cond-mat.str-el physics.plasm-ph
Modelling of warm dense hydrogen via explicit real time electron dynamics: Electron transport properties
本文提出通过将双组分等离子体原子模拟的长波行为映射到双流体模型，并利用 Markov Chain Monte Carlo 采样提取电子输运性质。该方法应用于波包分子动力学建模的温稠密氢，推导结果与多种参考计算一致，但发现电子粘度较经典模型显著降低。
2024-10-11 physics.plasm-ph
Warm dense matter conductivity including electron-electron collisions
解决了关于电子-电子碰撞在稠密等离子体动态电导率中的作用的争论。特别是，直流电导率分析在低密度，非简并的限制，其中斯皮策理论是有效的和电子-电子碰撞导致众所周知的减少的结果为洛伦兹等离子体。随着简并度的增加，电子-电子碰撞对直流电导率的贡献减小，并且对于Ziman-Faber理论适用的液态金属域可以忽略。我们展示了如何电子-电子碰撞必须实现在计算的基础上的Kubo-Greenwood公式，这是preferred适用于模拟的频率依赖的电导率在温暖的稠密物质区域，即任意简并。
2015-01-25 physics.plasm-ph
Atomic population kinetics in the context of XUV/X-ray free electron laser generating warm dense matter and strongly coupled plasmas
本文提出用密度矩阵方法计算稠密等离子体（即热稠密物质和强耦合等离子体）中自电离态的原子光谱性质。这是由于在计算自电离态的原子布居数时考虑等离子体电荷成分产生的微电场的影响的重要性。对于自电离态，电子密度证明统计方法超过固体密度带来严重的怀疑，即使在致密的等离子体的统计方法。这也导致标准方法框架中的谱线形状的变化。讨论了X射线自由电子激光（XFEL）与固体密度物质相互作用产生的致密等离子体辐射的重要性。
2017-02-02 physics.plasm-ph
Optical conductivity of warm dense matter in wide frequency range within quantum statistical and kinetic approach
热致密物质的基本性质由介电函数描述，介电函数提供了与频率相关的电导率，辐射的吸收，发射和散射，带电粒子停止和进一步的宏观性质。不同的方法的介电函数和相关的动力学碰撞频率进行了比较，在一个很宽的频率范围内。被认为是高频限制描述逆韧致辐射和低频限制的直流电导率。检验了广义线性响应理论和动力学理论的标准方法的求和规则和Kramers-Kronig关系。在铝，氙和氩等离子体的应用结果进行了讨论。
2016-02-03 physics.plasm-ph
Kinetic Theory for Electronic Transport Properties of Warm Dense Matter: Chapman-Enskog Solution of the Uehling-Uhlenbeck Equation
University of Michigan（密歇根大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）
基于Uehling-Uhlenbeck方程的Chapman-Enskog解，发展了一种动理学理论，用于预测温稠密等离子体中的电导率、热导率和电热系数，并考虑了电子简并、衍射和强耦合效应。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Exchange-correlation effect in the charge response of a warm dense electron gas
热密物质广泛存在于自然界和实验室中，由于量子涨落和经典涨落的相互作用，其研究具有挑战性。本文发展了一种变分图解Monte Carlo方法，并在较宽的温度$q$和动量$T$范围内，确定了热稠密电子气的交换关联核$K_{\rm XC}(q;T)$.我们观察到几个有趣的物理，包括$T$依赖的驼峰结构和大$q$尾巴的演变和出现的标度关系。特别地，通过推导$q \to \infty$的解析形式，我们得到了高精度的$K_{\rm XC}$的大-$q$尾.结果表明，$K_{\rm XC}$数据可以可靠地转换到实空间，从而可以直接用于实温稠密物质的密度泛函理论计算。
2022-09-16 cond-mat.str-el physics.comp-ph physics.plasm-ph
Revisiting the Vashishta-Singwi dielectric scheme for the warm dense uniform electron fluid
本文修正了早期热力学导数错误，重新研究了顺磁暖稠密均匀电子流体的有限温度VS介电方案，通过与量子蒙特卡洛准精确结果对比，揭示了VS与STLS方案分别在结构与热力学上的优越性，并为构建更精确的介电方案提供指导。
2024-03-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
Collisional stopping power of ions in warm dense matter
University of Michigan（密歇根大学）；Sandia National Laboratory（桑迪亚国家实验室）；University of Rochester（罗切斯特大学）
基于等离子体动理论，结合费米简并效应和平均原子模型中的强库仑关联，发展了离子在温稠密物质中碰撞阻止本领的模型，并验证了其准确性。
2025-11-11 physics.plasm-ph
Ab initio path integral Monte Carlo simulations of hydrogen snapshots at warm dense matter conditions
我们结合从头算路径积分蒙特卡罗（PIMC）模拟与固定离子配置从密度泛函理论分子动力学（DFT-MD）模拟解决电子问题的氢在温暖的稠密物质条件下[M.Böhme et.等. Phys.Rev.Lett. (in打印）]。利用对近似避免了库仑引力引起的路径坍缩问题，并与简单的Kelbg对势进行了比较。我们发现非常有利的收敛行为对前者。由于我们没有施加任何节点限制，我们的PIMC模拟受到臭名昭著的费米子符号问题的困扰，我们详细分析了这个问题。虽然计算要求很高，但我们的结果构成了其他方法和近似（如DFT）的精确基准。我们的设置给了我们独特的能力来研究的重要性质的温暖稠密的氢，如电子静态密度响应和交换相关（XC）内核没有任何模型假设，这将是非常有价值的各种应用，如解释实验和新的XC泛函的发展。
2022-12-20 physics.plasm-ph
Analysis of laser shock experiments on precompressed samples using a quartz reference and application to warm dense hydrogen and helium
兆巴（1兆巴= 100 GPa）激光冲击预压样品允许达到前所未有的高密度和适度高10000- 100000 K的温度。我们在这里描述了一个完整的分析框架，在这些实验中产生的测速（VISAR）和高温（SOP）数据。由于预压缩增加了初始密度的样品和石英参考压力密度，反射率和温度测量，我们描述了分析校正的基础上提供的实验数据温暖的致密二氧化硅和密度泛函理论为基础的分子动力学计算机模拟。使用我们改进的分析框架，我们报告了对以前发表的关于温暖的稠密氢和氦的数据的重新分析，将新推断的压力，密度和温度数据与最先进的状态方程模型进行比较，并提供更新的反射率值。
2015-10-12 physics.plasm-ph
Average-Atom Model for X-ray Scattering from Warm Dense Matter
基于平均原子模型，提出了一种分析X射线被热致密物质汤姆逊散射的方案。重点讨论了束缚电子对X射线的散射。利用平均原子模型中的参数（化学势、平均离子电荷、自由电子密度、束缚和连续波函数和占据数），计算了随离子运动的电子的弹性散射和自由电子和束缚电子的非弹性散射对散射X射线谱的贡献。所得到的方案提供了一个相对简单的诊断与X射线散射测量。应用给出了致密的氢，铍，铝，钛，锡等离子体。在高动量转移，从束缚电子的非弹性散射的贡献是铝，钛和锡的散射X射线光谱的主要特征。
2012-11-01 physics.plasm-ph
An integral equation model for warm and hot dense mixtures
在Starrett和Saumon [Phys.Rev.E87，013104（2013）]中，描述并验证了用于计算温热致密物质的电子和离子结构的模型。在该模型中，使用基于密度泛函理论的平均原子（AA）模型来确定等离子体中的一个“原子”的电子结构，并且通过将AA模型耦合到控制流体结构的积分方程来确定离子结构。该模型仅适用于具有一个核物种的等离子体。在这里，我们将其扩展到处理等离子体与许多核物种，即混合物，并将其应用到碳-氢混合物相关的惯性约束聚变实验。无轨道和Kohn-Sham分子动力学模拟的预测的电子和离子结构的比较揭示了良好的协议，化学键是不显着的。
2014-08-15 physics.plasm-ph
Thermal PBE in warm dense matter: Does it matter and is it accurate?
Helmholtz–Zentrum Dresden–Rossendorf (HZDR)（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
通过实现和系统基准测试热PBE泛函，证明其在Kohn-Sham密度泛函理论计算中显著改善温稠密物质性质描述，与路径积分蒙特卡洛参考数据高度一致且计算成本低。
2026-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.plasm-ph
Photonic band gap and x-ray optics in warm dense matter
本文从理论上研究了固体或稠密等离子体周期结构中软x射线的光子带隙。软X射线，这是基于这些带隙的光学操纵机制，计算证明。讨论了软X射线的反射和放大以及啁啾软X射线脉冲的压缩和展宽。本文还研究了利用带隙的双能级原子激光方案。
2010-04-26 physics.optics physics.plasm-ph
Theory of plasmon decay in dense plasmas and warm dense matter
朗缪尔波在稠密等离子体中的衰减不能用朗道阻尼理论精确地预言。介电函数理论的介绍，预测更高的阻尼比朗道阻尼理论。这种强阻尼与金属中的实验观察数据更一致。结果表明，强等离子体激元衰减导致存在一个参数制度，其中后向拉曼散射是不稳定的，而前向拉曼散射是稳定的。这种机制可以用于通过后向拉曼压缩来产生强X射线脉冲。最佳的脉冲宽度和强度的估计。
2010-04-27 cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph quant-ph
Linear-response time-dependent density functional theory approach to warm dense matter with adiabatic exchange--correlation kernels
提出一种新的LR-TDDFT方法，结合绝热XC核与KS响应，超越ALDA/AGGA，适用于温稠密物质，并在温稠密氢上验证了其有效性。
2023-02-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
K$_α$ Emission Profiles of Warm Dense Argon Plasmas
从一个温暖的稠密等离子体环境中发射的K线轮廓被用于诊断由高能量激光脉冲产生的Ar液滴等离子体。分析的时间和空间集成的光谱，我们推断的Ar液滴内的温度梯度从约10 eV的顺序的冷温度高达250 eV及以上的更高的温度。为了表征温暖和密集的环境对发射器的影响，等离子体屏蔽被认为是在一个微扰的方法的哈密顿量。等离子体影响多粒子系统，导致发射的能量移动以及由于电子-离子和电子-电子相互作用的电离能。通过这种方法，我们得到了一个很好的再现的光谱特征，强烈影响电离和激发过程中的等离子体。与广为人知的FLYCHK程序和原始论文中给出的温度分布相比，计算内部自由度（束缚态）并在我们的量子统计方法中处理压力电离导致更详细的温度-密度-关系，并导致推断的温度分布的不同结果。
2017-09-22 physics.plasm-ph
Ionization and temperature measurements in warm dense copper using x-ray absorption spectroscopy
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Mechanical and Aerospace Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系）；Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本研究利用X射线吸收谱测量暖密铜的电离和温度，通过实验数据改进相关模型。
2026-02-20 hep-ex physics.plasm-ph
Backward Raman compression of x-rays in metals and warm dense matters
实验观测到的金属和稠密等离子体中长波朗缪尔波的衰减速率比流行的朗道阻尼理论的预测大几个数量级。探索的差异，并存在一个制度，其中前向拉曼散射是稳定的，后向拉曼散射是不稳定的检查。在这个制度中的X射线脉冲的放大，通过后向拉曼压缩，计算证明，和最佳的脉冲宽度和强度估计。
2010-04-26 physics.optics physics.plasm-ph
Informing spectral models for dense plasmas with K-edge absorption measurements of warm dense copper
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of Oxford（牛津大学）
本研究利用OMEGA激光装置的实验获取温稠密铜的K边吸收数据，将其与两类模型对比，发现结合激发态投影缀加波势的密度泛函理论可较好建模K边区域，凸显需改进温稠密等离子体的密度依赖原子建模。
2026-08-21 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Ionization potential depression and Fermi barrier in warm dense matter--a first--principles approach
Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学理论与天体物理研究所）
本文基于第一性原理量子蒙特卡罗模拟，研究等离子体中电离势降低和费米势垒的影响，探讨核电荷增加对电离势降低的贡献。
2025-02-14 physics.plasm-ph
First-Principles Calculation of Principal Hugoniot and K-Shell X-ray Absorption Spectra for Warm Dense KCl
用第一性原理分子动力学方法计算了温密KCl的主Hugoniot和K壳层X射线吸收谱。计算结果说明了电子结构的演化以及第一性原理方法中电离近似描述对压强的影响（由于导带和价带之间的能隙估计不足而引起的）。压力电离和热涂抹是防止压力偏离沿Hugoniot的全球积累的主要因素。此外，电子动能压力和维里压力之间的抵消进一步减小了偏差。X射线吸收谱的计算结果表明，Cl和K的$3p$电子在低能下发生压离后，KCl的带隙仍然存在，这对热致密物质的电子结构演化提供了详细的认识.
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Capturing many-body effects in electrical conductivity of warm dense matter
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文基于密度泛函理论，提出GW近似框架改进导电性计算，揭示电子散射对不同温度下导电性的影响，提升对暖稠密物质导电机制的理解。
2026-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
{\em Ab initio} Quantum Monte Carlo simulation of the warm dense electron gas in the thermodynamic limit
本文用\emph{ab initio}量子Monte Carlo方法模拟了热态下的稠密均匀电子气。通过结合QMC数据和线性响应理论，我们能够在整个暖密区从势能中去除有限尺寸误差，克服Brown \emph{et al.} ~[PRL \textbf{110}，146405（2013）]现有有限尺寸修正的不足。广泛的新的QMC结果$N=1000$电子使我们能够计算的势能$V$和交换相关自由能$F_{xc}$的宏观电子气与前所未有的准确性$|ΔV|/|V|, |ΔF_{xc}|/|F|_{xc} \sim 10^{-3}$。将我们的新数据与Karasiev { \em et al.}最近对$F_{xc}$的参数化进行了比较。[PRL{ \bf 112}，076403（2014）]揭示了与后者的显著偏差。
2016-09-09 cond-mat.str-el physics.plasm-ph
Electronic pair alignment and roton feature in the warm dense electron gas
对极端密度和温度下的物质的研究，例如在天体物理学物体和核聚变应用中，已经成为物理学，材料科学和相关学科中最活跃的前沿之一。在这种情况下，一个关键的数量是由动态结构因子$S(\mathbf{q},ω)$，这是在散射实验中探索-在这些极端条件下最广泛使用的诊断方法。除了对研究温暖的致密物质至关重要之外，相关量子多体系统的这种动力学性质的建模构成了我们这个时代最基本的理论挑战之一。在这里，我们报告了一个迄今无法解释的\emph{roton feature}在$S(\mathbf{q},ω)$的温暖的稠密电子气，并介绍了微观解释的一个新的\emph{electronic pair alignment}模型。这种新的范式对于理解温暖的致密物质非常重要，并对散射实验的解释产生直接影响。此外，我们希望我们的研究结果能够对一些相关量子多体系统的动力学提供前所未有的见解，例如超冷氦，偶极超固体和双层异质结构。
2022-03-23 cond-mat.quant-gas physics.plasm-ph
Nonlinear electronic density response of the warm dense electron gas: multiple perturbations and mode coupling
我们提出了广泛的新的从头算路径积分蒙特卡罗（PIMC）结果的电子气体在温暖的稠密物质条件下，受到多重谐波扰动。除了先前研究的原始波数下的非线性效应[Dornheim \emph{et al.}，PRL \textbf{125}，085001（2020）]和高次谐波的激发[Dornheim \emph{et al.}，PRR \textbf{3}，033231（2021）]，多个外部电势的存在导致模式耦合效应，这构成了主要的非线性效应，并导致与线性响应理论相比基本上更复杂的密度响应。根据Dornheim \emph{et al.} ~[JCP \textbf{155}，054110（2021）]最近提出的广义时间关联函数，给出了一种从未扰动系统的PIMC模拟中估计模式耦合效应的可能性。此外，我们在静态局部场校正方面扩展了我们先前的电子气非线性密度响应的分析理论[Dornheim \emph{et al.}，PRL \textbf{125}，235001（2020）]，这允许以可忽略的计算成本高度准确地描述PIMC结果。
2021-10-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
\textit{Ab Initio} results for the Static Structure Factor of the Warm Dense Electron Gas
有限温度下的均匀电子气是当前研究热稠密物质的热点。量子简并和库仑耦合效应的复杂相互作用完全包含在对分布函数中，或者等价地，静态结构因子中。通过结合精确的量子Monte Carlo结果的长波矢量的长期行为从Singwi-Tosi-Land-Sjölander近似，我们能够获得高精度的数据的静态结构因子在整个$k$范围。这使我们能够衡量以前的近似的准确性，并讨论各自的缺点。此外，我们的新数据将为其他量的计算提供有价值的输入。
2017-09-07 cond-mat.str-el physics.plasm-ph
Ion core effect on transport characteristics in warm dense matter
采用有效势方法和分子动力学方法研究了热重物质区离子核对离子输运性质的影响。作为一个例子，我们考虑了冲击硅。通过计算粒子的均方位移（MSD）和速度自相关函数（VAF），对微正则系综内的MD模拟结果进行了分析。采用MSD和VAF计算离子的扩散系数。计算结果与忽略离子芯效应的计算结果进行了比较。结果表明，离子核效应使扩散系数显著降低。此外，我们计算的粘度系数的离子使用连接粘度和应力自相关函数的Green-Kubo关系。结果表明，离子核效应可以引起粘滞系数的增加或减少，这取决于离子间耦合的强度。
2022-09-24 physics.plasm-ph
First-Principles Simulations of Warm Dense Lithium Fluoride
我们进行第一性原理路径积分蒙特卡罗（PIMC）和密度泛函理论分子动力学（DFT-MD）计算，以探索温暖的致密物质状态的LiF。我们的模拟覆盖了$2.08-15.70$ ~g、$\,$、cm、$^{-3}$和$10^4-10^9$ ~K的宽密度-温度范围。由于PIMC和DFT-MD精确地处理原子壳层结构的影响，我们发现一个明显的压缩最大值和一个肩膀上的主要Hugoniot曲线归因于K-壳层和L-壳层电离。结果为广泛使用的EOS表，如SEEOS，LEOS和模型提供了基准。此外，我们计算对关联函数，揭示了一个不断变化的等离子体结构和电离过程，驱动的热和压力电离。最后，我们计算电子态密度的液体LiF的DFT-MD模拟，并发现，电子间隙可以保持开放的密度和温度增加到至少15.7克$~$ cm $^{-3}$。
2017-04-18 physics.plasm-ph
Combining stochastic density functional theory with deep potential molecular dynamics to study warm dense matter
本文提出将随机密度泛函理论与深度势分子动力学结合，突破高温轨道壁限制，以第一性原理精度研究暖稠密物质的结构、动力学和输运性质。
2023-12-12 physics.plasm-ph
Variational Density Matrix Method for Warm Condensed Matter and Application to Dense Hydrogen
介绍了一种新的优化热密度矩阵的变分原理。作为第一个应用，变分多体密度矩阵被写为一个整体密度矩阵的行列式，这是近似的高斯与平均值，宽度和振幅作为变分参数。该方法被示出为粒子在外场问题，氢分子和致密的氢分子，解离和等离子体制度进行了描述。结构和热力学性质（能量，状态方程和冲击Hugoniot）。
1999-10-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Density Response of the Warm Dense Electron Gas beyond Linear Response Theory: Excitation of Harmonics
在最近的一封信中，Dornheim等人[PRL 125，085001（2020）]研究了均匀电子气在温暖稠密物质状态下的非线性密度响应。更具体地说，他们研究了在第一谐波，这是不能忽略的实验相关的许多情况下的三次响应函数。在这项工作中，我们更进一步，研究了在高次谐波的原始扰动的基础上广泛的新的从头算路径积分蒙特卡罗（PIMC）模拟激发的全谱。我们发现，超出线性响应理论的密度响应的主要贡献是由二次谐波响应函数在适度的非线性制度。此外，我们表明，非线性密度响应是高度敏感的交换相关效应，这使得它成为一个潜在的有价值的新的诊断工具。为此，我们基于最近对局部场校正的有效静态近似[PRL 125，235001（2020）]，提出了一种新的非线性电子密度响应的理论描述，该方法准确地再现了我们的PIMC数据，计算成本可以忽略不计。
2021-04-06 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.plasm-ph
The Relevance of Electronic Perturbations in the Warm Dense Electron Gas
热密物质（WDM）已经成为实验物理和理论物理的前沿之一，并正在挑战等离子体，原子和凝聚态物理的传统概念。虽然在Kohn-Sham密度泛函理论的框架内对WDM中的相关电子进行建模已经成为常见的做法，但WDM条件下的交换相关（XC）泛函的定量基准仍然是不完整的。在这里，我们提出了第一次评估的共同XC泛函对精确的路径积分蒙特卡罗计算的谐波扰动热电子气。该系统直接关系到数值模拟的X射线散射实验上温暖的致密样品。我们的评估产生的参数空间中常见的XC泛函是适用的。更重要的是，我们查明测试XC泛函失败时，对电子结构的扰动施加。我们指出，考虑到WDM物理的扰动电子结构方面的需求，XC泛函的缺乏。
2021-08-30 cond-mat.other physics.plasm-ph
Excited States in Warm and Hot Dense Matter
针对温稠密与热稠密物质建模需考虑大量激发态的难题，提出含显式激发态的变分框架，应用于等离子体中原子模型，压强计算与传统模型吻合且可获取激发能与电荷态分布。
2023-10-17 physics.plasm-ph
Momentum distribution function and short-range correlations of the warm dense electron gas -- ab initio quantum Monte Carlo results
在经典等离子体中，对于大的$k$，动量分布$n(k)$呈指数衰减，对于理想的费米气体也是如此。然而，当量子效应和关联效应同时相关时，已经预测了代数衰变，$n_\infty(k)\sim k^{-8}$。这是相关的截面和阈值过程中的致密等离子体，取决于高能粒子的数量。在这里，我们提出了广泛的\textit{ab initio}结果的动量分布的非理想均匀的电子气在温暖的稠密物质的条件。我们的结果是基于第一原理费米子路径积分蒙特卡罗（CPIMC）模拟，并清楚地证实了$k^{-8}$渐近。这种渐近行为直接与短程相关性有关，短程相关性通过顶部对分布函数（顶部PDF）进行分析，即具有相反自旋的电子的PDF。我们提出了广泛的结果的密度和温度依赖性的顶部PDF和在整个动量范围内的动量分布。
2021-03-08 physics.plasm-ph
Theory of complex fluids in the warm-dense-matter regime, and application to an unusual phase-transitions in liquid carbon
将最近的激光冲击实验、分子动力学（MD）的密度泛函理论（DFT）和碳的路径积分蒙特卡罗（PIMC）模拟的数据与碳的中性伪原子（NPA）+超网链（HNC）方法的预测进行比较，碳是暖密物质体系中的复杂液体。NPA的结果是在良好的协议，不仅与高密度制度，已通过PIMC的研究，但即使在低密度和低温下，瞬时共价键占主导地位的离子相关性。因此，由于在$\sim$ 1.4-1.6 eV $\,$处的C-C键的“预峰”和在来自DFT+MD模拟的在0.86 eV和3.7 g/cm $^3$等处的对分布函数中发现的其它特征，在NPA+HNC计算中准确恢复。这样的C-C键合峰还没有被捕获通过平均原子离子层（IS）模型。一个不寻常的液体$\to$蒸汽和金属$\to$半金属过渡同时发生的证据。这里，具有瞬时C-C键的强相关金属液体，即，密度$\sim$ 1.0 g/cm 2 $^3$和平均电离$Z=4$的碳突然转变为7 eV的无序单原子蒸气，其中$Z\simeq$ 3。还注意到$Z$突然下降的其他病例。$Z$的性质，它的不连续性，交换相关的作用，进行了审查。讨论了IS模型在描述热致密物质中瞬时共价键物理过程中的局限性。
2017-05-29 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech physics.plasm-ph
