Time-Dependent Density Functional Theory with Ultrasoft Pseudopotential: Real-Time Electron Propagation across Molecular Junction
基于含时密度泛函理论（TDDFT）和超软赝势（USPP），发展了一种实时研究电子动力学的实用计算方案。在平面波基础上，采用了一种改进的Crank-Nicolson时间步进算法。通过计算二聚钠和苯分子的吸收光谱，验证了该方案的有效性。作为USPP-TDDFT方法的一个应用，我们计算了测试电子包在左金属铅穿过苯-（1，4）-二硫纶结的费米能级处的时间演化。获得了5- 7%的透射概率，对应于4.0- 5.6 μ S的电导。这些结果与复杂的能带结构的估计，并在小偏压下的格林函数计算结果是一致的。
2005-10-24 cond-mat.mtrl-sci
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
Self-consistent study of electron confinement to metallic thin films on solid surfaces
我们提出了一种方法的密度泛函建模的金属覆盖层上生长的金属支持。它提供了一个工具来研究纳米结构，并结合了自洽赝势计算的能力与一维方法的简单性。该模型被应用到Cu（111）表面上生长的Pb层。更具体地，Pb被建模为稳定的凝胶，并且Cu（111）衬底由一维赝势表示，该一维赝势再现Cu费米能级和沿（111）方向投影的能带结构的能隙的实验位置。利用该模型研究了Pb覆盖层中的量子阱态。他们的分析给出了界面处和面向真空的表面处的电子限制势垒的强度。我们的结果和分析支持了扫描隧道谱测量的量子阱态谱的解释。
2004-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-temperature and high-pressure apparatus aiming for synthesis of solid metallic hydrogen
80年前，人们就预测，在低温下将固态分子氢加压到高压，可以得到固态金属氢。此外，从理论上预测了固态金属氢在室温下具有超导电性。此外，令人惊讶的预测是，固体金属氢是一种亚稳金属，势垒为1 eV。该预测意味着固体金属氢即使在从高压释放后仍保持金属固相状态。冲击压缩合成液态金属氢。然而，为了在室温下在常压下获得金属氢，必须合成固体金属氢。理论预测，产生固态金属氢需要约500 GPa的超压。该压力接近金刚石砧座（DAC）可以产生的高压的极限。因此，很难通过使用DAC来合成金属氢。冲击压缩方法可以产生足够高的压力来合成金属氢。但这些方法都伴随着高温的产生，不可能合成固态金属氢。目前还没有确定的方法来合成固体金属氢。本文报道了一种新型的动态高压固体金属氢合成装置。我们表明，通过使用该装置，可以产生1TPa的高压，压力保持时间比传统的动态压缩方法长103至106倍。此外，我们表明，这种装置不伴随着高温的产生，不像传统的动态压缩方法，然后它是可能的，固体金属氢可能会合成这种装置。
2018-11-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Metallic Hydrogen: Experiments on Metastability
在金刚石压砧室中，在5至83 K的温度下对分子氢进行加压。在足够高的压力下，估计在477到491 GPa之间，氢变成了金属，这是由它在近红外的反射率确定的，并符合德鲁德自由电子模型。然后，我们研究了金属氢的亚稳性预测。在5 K的温度下，逐步降低金属氢上的负载，直到压力为零。当降低载荷或压力时，样品明显转变为分子相并逃逸;样品孔关闭。我们估计这个压力是113到84 GPa。没有观察到金属氢在零压力下是亚稳态的。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Possibility of obtaining atomic metallic hydrogen by electrochemical method
在这项工作中，我们表明，原子金属氢（AMH）的内部形成的烧结氧化物-镍电极的镍镉电池在一个长期的电化学氢化（超过五年）。已确定AMH的密度比液态分子氢的密度高12倍，氢复合的比能比液态氢氧燃料高20倍。在室温下，AMH是良导体，但不是超导体。
2013-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Metallic Hydrogen at Ambient Conditions
1935年，维格纳和亨廷顿首先提出了金属氢的可能性。计算结果与现代密度泛函理论的结果非常吻合。金属氢可以恢复到环境压力的可能性通常归因于布罗夫曼的论文，尽管事实上他们只是说它是亚稳态的，寿命未知。这里提出的密度泛函理论计算表明，金属氢的合理候选结构在环境条件下非常不稳定，分子动力学计算表明，Brovman等人提到的寿命远小于1皮秒。结论是，使用回收的金属氢作为火箭燃料或用于电力分配的前景可能被夸大了。
2017-09-15 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
Comment on "Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen"
Dias和Silvera（Letters，第715页，2017年）声称在495 GPa下观察到Wigner-Huntington转变为金属氢。我们表明，无论是记录压力或相变到金属状态的索赔是由任何数据支持，并与作者自己的未经证实的以前的结果。
2017-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of an effective three-ionic interactions potential in metallic hydrogen
计算了金属相氢的双质子和三质子相互作用势。不可约的三质子相互作用被证明是必不可少的金属氢结构的发展。讨论了快淬金属体系结构中三离子相互作用的可能表现形式。非晶态金属的存在与非晶化前沿穿过液态金属时在非平衡条件下的三离子相互作用的表现有关。
2000-11-21 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Wide range equation of state for fluid hydrogen within density functional theory
结合第一性原理分子动力学模拟和无轨道分子动力学模拟，最终建立了液氢的宽范围状态方程。特别地，本文引入的短截止半径赝势使氢的物态方程可以在$9.82\times10^{-4}$~$1.347\times10^{3}$ g/cm $^{3}$和高达$5\times10^{7}$ K的范围内得到。通过与各种实验和理论数据的综合比较，我们得出结论：我们的DFT状态方程可以方便可靠地用于惯性约束聚变的流体动力学模拟。
2013-06-08 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
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
A First-order Phase Transition to Metallic Hydrogen
氢的绝缘体-金属相变是凝聚态物理中最突出的问题之一。现在预测高压金属相从T=0 K到非常高的温度是液态原子。我们在1.1-1.7毫巴和2200 K的温度范围内对热重氢的光学性质进行了测量。我们观察到一级相变伴随着金属的透射率和反射率特性的变化。这种转变的相线具有与所谓的等离子体相变理论一致的负斜率。
2015-04-01 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
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
Hydrogen dissociation on the Mg(0001) surface from quantum Monte Carlo calculations
我们用扩散蒙特卡罗（DMC）模拟方法计算了H $_2$在Mg（0001）表面解离的能垒。计算采用赝势和系统可改进的B样条基组来扩展用于构建试验波函数的单粒子轨道。对系统尺寸、时间步长和其他误差源进行的广泛测试表明，所有这些误差加在一起可以减少到$\sim 0.03$ eV。DMC解离势垒计算为$1.18 \pm 0.03$ eV，并与使用各种交换相关泛函的密度泛函理论获得的那些进行比较，其值在0.44和1.07 eV之间。
2008-11-20 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
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
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
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
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
Tuning surface metallicity and ferromagnetism by hydrogen adsorption at the polar ZnO(0001) surface
采用密度泛函{ \it ab-initio}方法研究了氢在Zn端ZnO（0001）表面的吸附.研究表明，顶部具有真正H-Zn化学键的H（1x 1）有序覆盖层在能量上是有利的。H覆盖的表面是金属的和自旋极化的，在表面区域具有明显的磁矩。较低的氢覆盖率导致H-Zn键的强化、表面层的钝化和绝缘表面。我们的研究结果解释了氢吸附在这个表面上的实验观察，不仅预测金属-绝缘体转变，但主要提供了一种方法，通过改变表面上的氢密度可逆开关表面磁性。
2009-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
Bulk NdNiO2 is thermodynamically unstable with respect to decomposition while hydrogenation reduces the instability and transforms it from metal to insulator
通过CaH 2化学还原母体R3+ Ni 3 +O3钙钛矿形式，最近在SrTiO 3衬底上的Sr掺杂NdNiO 2中实现了超导电性。利用密度泛函理论（DFT）计算发现，化学计量比的NdNiO_2在分解为1/2[Nd_2 O_3 + NiO + Ni]时是非常不稳定的，其放热分解能为+176 meV/atom，比普通三元氧化物的不稳定性高得多。这就提出了一个问题，如果化学计量的NdNiO 2镍酸盐化合物广泛用于模拟铜酸盐的镍基氧化物类似物的电子能带结构，并发现是金属是正确的模型，用于此目的。为了检验这一点，我们研究通过DFT的作用，共同的H杂质预计将存在于化学还原过程中需要获得NdNiO 2。我们发现H可以化学地结合，即，在NdNiO 2中，甚至从H2气体中自发地，在浓缩极限下，这些杂质可导致氢化物化合物NdNiO 2 H的形成，其相对于无氢NdNiO 2具有显著降低的不稳定性。有趣的是，氢化形式具有与纯形式相似的晶格常数（导致可比较的XRD图案），但与NdNiO 2的金属特性不同，氢化形式被预测为宽禁带绝缘体，因此需要掺杂以产生金属或超导状态，就像铜酸盐一样，但不像未氢化的镍酸盐。虽然氢可能最终会解吸，但计算表明原始NdNiO 2是氢稳定的。人们必须谨慎对待预测原始化学计量NdNiO 2中新物理的理论，因为它可能是一种无法实现的化合物。需要对真正的NdNiO_2超导体的组成和氢对超导…
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
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
Thermodynamically Stable One-Component Quasicrystals: A Density-Functional Survey of Relative Stabilities
结合经典的密度泛函理论和热力学微扰理论，研究了通过赝势理论导出的有效金属对势相互作用的单组分晶体和准晶的相对稳定性在有限温度下的变化趋势.比较自由能的几个周期性的晶体和合理的近似模型的准晶在一个范围内的赝势参数，稳定的准晶的参数接近的晶体结构的机械稳定性的极限进行预测。准晶稳定性归因于振动刚度和能量有利的中程和长程相互作用。这些结果支持并推广了以往基态格和研究的结论。
1997-04-02 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
The Critical Metallization of Hydrogen in Pressurized LaBeH8 Hydride
本研究结合分子动力学与电子结构分析提出理论框架，量化氢化物相图中氢的原子化与金属化，并在LaBeH8中识别出氢的临界金属化行为，为亚稳相合成及超导氢化物复杂产物提供新见解。
2024-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
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
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
Role of spin-orbit coupling effects in rare-earth metallic tetra-borides : a first principle study
本文采用第一性原理电子结构方法（DFT），在量子浓缩机（QE）上对稀土四硼化物$\textrm{RB}_{4}$的电子结构进行了研究。在这篇文章中，我们研究了heather-to-negligible强自旋轨道耦合（SOC）效应对这些系统在非磁性基态的电子结构的影响。在GGA和GGA + SO近似下，使用超软赝势和完全相对论性超软赝势（对于SOC情况）进行计算。使用了在QE中实现的线性化平面波（LAPW）方法内的Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似（PBE-GGA）交换相关泛函。投影态密度由远低于费米能的3个不同的谱峰组成，并与费米能周围的连续态密度分开。由于稀土$s$-轨道、稀土$p$ + B $p$和B $p$-轨道而出现离散峰，而由于杂化B $p$、稀土$d$轨道而出现连续峰。在包含SOC时，由于稀土$p$轨道而产生的峰分裂成对应于$j=0.5$和$j=1.5$构型的两个峰。在$\textrm{LaB}_{4}$的情况下，在SOC存在的情况下，自旋分裂$4f$轨道有助于费米能级处的态密度，而费米能级处的态密度对于所考虑的所有其他材料基本上保持不受影响。
2022-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Physical properties of ReB2 under high pressure and effect of metallic bonding on its hardness
采用第一性原理计算，利用赝势平面波方法研究了二硼化镧的弹性常数、热力学性质和结构相变，以及金属键对其硬度的影响.选择已知过渡金属化合物的八个候选结构来探测二硼化铼。计算的晶格参数与实验值和理论值相一致。基于三阶状态方程，首先确定了ReB 2-ReB 2和MoB 2-ReB 2相变压力Pt。导出了弹性常数、剪切模量、模量、比值和温度。在此基础上，提出了一种半经验方法来估算部分金属键的多元晶体的硬度。研究了金属结合剂对ReB_2硬度的影响，发现与金刚石不同，ReB_2的硬度在压缩过程中呈现逐渐增加的趋势。
2012-10-21 cond-mat.mtrl-sci
