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
Breakdown of the Born-Oppenheimer approximation in solid hydrogen and hydrogen-rich solids
该研究计算了固体氢和富氢固体中超越玻恩-奥本海默的电子密度修正，发现该近似在YH6和固体氢Cs-IV结构中失效，电子密度显著转移至核间区域，为相关电子结构研究开辟新起点。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear Quantum Effects Induce Metallization of Dense Solid Molecular Hydrogen
本文对高压下固体氢分子的电子结构和晶格动力学进行了精确的计算研究。使用扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法计算了在250、300和350 GPa压力下$C2/c$、$Pc$和$P6_3/m$结构的带隙能量。在300 K和300 GPa条件下，采用从头算分子动力学（PIMD）方法模拟了原子构型，研究了零点能和温度引起的质子运动对原子构型的影响，包括非谐效应.我们发现，有限的温度和核量子效应大大降低了带隙，导致金属化的$C2/c$和$Pc$阶段通过带重叠的$P6_3/m$结构的带隙上的效果不太明显。我们的DMC-PIMD模拟预测，在300 GPa和300 K下，$C2/c$和$Pc$相没有激子或准粒子能隙。我们的研究结果还表明，带隙能量和振子模式之间的强相关性。这种强耦合导致高压固体分子氢的带隙减少超过2.46 eV。将我们的DMC-PIMD与实验结果进行比较，我们得出结论，所提出的结构都不是固体氢的第III和第IV相的好候选者。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
GW space-time method: Energy band-gap of solid hydrogen
本文提出有限温度GW时空方法，用切比雪夫多项式在实空间和虚时间表示G和W，通过硅和锗验证后计算六方固态氢带隙，结果表明270 GPa以上固态氢不能采用hcp结构，并为图解蒙特卡洛扩展奠定基础。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A Phase-field model for simulating hydrogen-induced pitting corrosion with solid-solid phase transformation in the metal
氢致孔蚀是一种常见的腐蚀现象，严重影响材料的完整性和耐久性。由于氢化物的生长机制非常复杂，特别是固-固相变和机械相互作用，导致氢化物的各向异性生长，并在金属表面产生凸起，因此其数值模拟仍然是一个挑战。本文提出了一种模拟氢致孔蚀的相场模型和数值方法，并将其应用于$α$ -铀体系。在我们的模型中，引入弹性应变能来近似金属和氢化物之间的机械相互作用引起的各向异性凹坑形态。在数值方法上，采用基于有限元法的自由边界条件来引入金属表面的凸起。通过应用我们的模型和数值计算技术，得到了与$α$ -铀的实验一致的金属表面各向异性凹坑形貌。此外，还发现了$α$ -铀的压缩和氢化物的膨胀，加深了对氢致孔蚀的认识。该模型有望应用于工业上金属氢致孔腐蚀的健康检测。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
The role of van der Waals and exchange interactions in high-pressure solid hydrogen
本文研究了固体分子氢结构中的范德华相互作用。我们计算焓和吉布斯自由能，分别获得零温度和有限温度相图。我们采用密度泛函理论（DFT）计算电子结构，采用密度泛函微扰理论（DFPT）和vanderWaals（vdW）泛函计算声子谱。我们专注于固体分子$C2/c$，$Cmca$-12，$P6_3/m$，$Cmca$，和$Pbcn$结构的压力范围内的200 $<$ P $<$ 450 GPa。我们提出了两种结构的$C2/c$和$Pbcn$的第三阶段，这是稳定在不同的压力范围内超过200 GPa。我们发现vdW泛函对振动和有限温度相稳定性有很大的影响，但是不同的vdW泛函有不同的影响。我们的结论是，除了VDW相互作用，正确的治疗高电荷梯度限制是必不可少的。我们表明，交换相关的分子键长的依赖性也有相当大的影响，计算的金属化压力，引入误差高达100 GPa。
2017-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
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
Hydrogen storage in carbon derived from solid endosperm of coconut
碳作为储氢材料由于其重量轻、吸氢动力学快和成本低而受到广泛研究。然而，这些材料的储氢容量低，特别是在室温下。本研究的目的是从天然生物前体开发碳基材料，其在室温下显示至少适度的储氢。为此，对椰子固体胚乳碳的加氢特性进行了研究。固体胚乳及其胚乳中的轻元素K（来自KCl）、Na、Mg等具有天然生长的分布。储氢测量表明，合成材料具有良好的吸放氢能力，且吸放氢动力学快。合成的材料吸附2.30 wt. %和8.00重量%。在液氮温度和70个大气压下。目前的工作可能会启动研究的自然轻金属轴承碳来自天然前体。
2014-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Unusual hydrogen atom display in solid acids
通过对碱金属硫酸氢盐和硒酸氢盐超质子相晶体结构的研究，发现了一个非常不寻常的现象。在相应的电子密度图中可以清楚地看到动态无序的低位置占据的氢原子。为了解释这一现象，提出了一种新的孪晶--动态孪晶的概念。
2009-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Studies of the Vibrational and Electronic Properties of Solid Hydrogen to 285 GPa
本文报道了在85-140 K、285 GPa静压下固体氢的拉曼散射和可见-近红外吸收光谱。我们得到的振动子和声子模式的压力依赖性与先前确定的较低的压力。结果表明，有序的分子相III的最高压力达到的稳定性，并提供对绝缘体到金属的过渡压力的约束。
2001-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Proton Quantum Effects on Electronic Excitation in Hydrogen-bonded Organic Solid: A First-Principles Green's Function Theory Study
University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）
本文通过第一性原理格林函数理论和核电子轨道方法，研究了质子量子效应对氢键有机固体中电子激发的影响，揭示了激子的结构依赖性和各向异性特性。
2026-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quasi-molecular and atomic phases of dense solid hydrogen
固体氢的高压相是一个基本的兴趣，与巨行星的内部有关;然而，对这些相的了解还远远不够。粒子群优化（PSO）技术应用于结构搜索，在高达5 TPa的压力下产生了迄今为止意想不到的固体氢高压相。预测了具有两种分子内键的奇异准分子mC 24结构（空间群C2/c，稳定在0.47-0.59 TPa），提供了对固体氢中分子解离的更深入理解，这几十年来一直是一个谜。我们进一步预测了两个原子相的存在：（i）oC 12结构（空间群Cmcm，稳定在> 2.1 TPa），由平面H3团簇组成，和（ii）cI 16结构，先前在锂和钠中观察到，考虑零点能后稳定在3.5 TPa以上。这项工作清楚地修订了已知的固体氢的零温高压（>0.47 TPa）相图，并对巨行星的组成结构有影响。
2012-04-05 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
Prediction Of A Multi-Center Bonded Solid Boron Hydride for Hydrogen Storage
理想的车载储氢材料必须在实际温度和压力下释放氢气，并在类似温和的条件下有效再生。因此，氢化物材料必须在氢化/脱氢相边界附近的窄范围内。仅涉及常规结合机制的材料不太可能满足这些要求。相比之下，含有某些受抑键合的材料被设计成处于受抑诱导的相变的边缘，并且它们可能更适合于储氢。在这里，我们提出了一种新的层状固体硼氢化物，并显示其潜在的储氢。软声子模的存在证实了该结构的动力学稳定性。充电的结构显着软化氢相关的声子模式。与此相反，硼相关的声子要么硬化，要么不受电子掺杂的显着影响。这些结果表明，电化学充电可以促进氢的释放，而底层的硼网络保持完整，用于随后的再氢化。
2010-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Stable solid molecular hydrogen above 900K from a machine-learned potential trained with diffusion Quantum Monte Carlo
我们调查的高压分子氢相图与路径积分分子动力学使用量子蒙特卡罗力和能量训练的机器学习的原子间势。除了HCP和C2/c-24相，我们发现了两个新的稳定相，都具有Fmmm-4结构的分子中心，由随温度的分子取向转变分开。高温各向同性的Fmmm-4相有一个凹入的熔点线，在比以前估计的更高的温度（1450 K，150 GPa）下具有最大值，并在1200 K和200 GPa附近穿过液-液转变线。
2023-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Coherent Electrodynamic Processes in Solid Molecular Hydrogen
固体氢的许多实验难题，似乎违背了普遍接受的凝聚态观点，被证明是一个相当直接的结果，一个新的方法来凝聚态物理，考虑到相干电动力学过程，预测的量子电动力学（QED），到目前为止一直被忽视。因此，需要对仅基于静电力的现有观点进行修正。
1998-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech hep-ph
Effect of hydrogen on the atomic structure of Pd(001)
用低能电子衍射（LEED）I/V分析研究了清洁和吸氢Pd（001）的原子结构。清洁Pd（001）显示出与先前报道形成鲜明对比的小的表面弛豫。在Pd（001）上吸附1个单层的氢，我们观察到前两个表面层的层间距$d_{12}$相当大地膨胀，膨胀了体Pd的相应层间距的4.7%。这两个实验观察结果与最近的{ \it ab initio}计算的预测非常一致。吸附在Pd（001）上的氢的不同覆盖率的一系列实验揭示了$d_{12}$随着覆盖率的增加而单调增加。这样的观察结果有力地支持了先前在清洁Pd（001）中观察到的膨胀$d_{12}$是由残留氢污染表面引起的论点。
2004-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A comparative study using state-of-the-art electronic structure theories on solid hydrogen phases under high pressures
确定高压下固体氢的原子结构和性质是高压物理学的一个长期难题，在行星科学和材料科学中具有深远的意义。确定氢的压力-温度相图是具有挑战性的实验和理论，由于极端的条件和所需的精度在量子力学处理的组成电子和原子核，分别。在这里，我们明确地表明，耦合集群理论可以作为一个计算效率高的理论工具，预测固体氢相的高精度。我们提出了第一性原理研究的压力范围从100到450 GPa的固体氢相。计算的静态晶格常数进行比较，国家的最先进的扩散蒙特卡罗结果和密度泛函理论计算。我们的耦合团簇理论的最稳定的阶段，包括C2/c-24和P21/c-24的结果是在良好的协议与使用扩散蒙特卡罗，除了Cmca-4，这是预测显着不太稳定。我们讨论了所采用的方法的范围，以及它们如何作为有效和互补的理论工具来解决长期存在的理解高压下固体氢相的难题。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological surface states in dense solid hydrogen
最近已经确定，二维无质量石墨烯类系统和三维线节点拓扑半金属包括一类特殊的中心对称材料，其中拓扑性质的边缘/表面态不可避免地出现在一些k区域中。我们表明，在兆巴压力下产生的固体氢相可以是线节点拓扑半金属。在这样的相中，材料表现出拓扑表面状态，因此可以是不良的本体金属但良好的表面导体。这些结果可能有助于解释报道的致密氢的不一致高压实验数据，并为未来的测量提供预测，包括氢中可能的表面超导性。在包括简单金属在内的其他元素中形成的高压相中，可能会出现相关的拓扑行为。
2016-04-27 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
Phonon scattering in ortho-para hydrogen solid solutions (role of configurational relaxation)
在考虑邻位亚系统构型弛豫的弛豫时间模型的基础上，对邻位仲氢溶液的热导率实验数据进行了分析。利用声子的共振散射分析了构型弛豫对热导率的影响。
2003-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Producing High Concentrations of Hydrogen in Palladium via Electrochemical Insertion from Aqueous and Solid Electrolytes
金属氧化物是许多技术中的关键材料，包括储氢、气体分离和电催化。在这里，使用Pd-H作为模型金属氢化物，我们进行电化学插入氢通过液体和固态电解质在1大气压的环境压力下的研究，并实现H：Pd的比例接近统一，理论溶解度极限。我们表明，所实现的组合物的结果从氢插入和从Pd晶格的演变率之间的动态平衡，其中的组合动力学是足够快的操作性实验是必要的，以表征瞬时PdHx组合物。我们使用同时电化学插入和X射线衍射测量，结合晶格参数与氢浓度的新校准，使电化学合成的PdHx的组合物的准确定量。此外，我们表明，可实现的氢浓度受到严重限制的电化学机械损伤的钯和/或基板。在这些结果中体现的理解有助于建立新的设计规则，以实现高的氢浓度的金属陶瓷。
2018-08-05 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
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
Structural and electronic properties of solid molecular hydrogen from many-electron theories
我们使用精确的多电子理论研究了固体氢第三相的结构和电子性质，并与最先进的实验结果进行了比较。的原子结构的第三阶段建模的C2/C-24晶体完全优化的水平上的二阶微扰理论，表明以前采用的结构上的近似密度泛函的水平上优化表现出错误的H $_2$键长，导致显着差异的计算准粒子带隙和振动频率相比，实验。使用新优化的原子结构，我们研究了带隙闭合和振动频率随压力的变化。我们的研究结果与最近的实验观察结果是一致的，并可能被证明是有用的，在解决长期存在的金属化压力的实验估计之间的差异可能引起的不一致的压力校准。
2020-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Towards a Predictive First-Principles Description of Solid Molecular Hydrogen with Density-Functional Theory
我们研究了密度泛函理论描述的固体相的分子氢近解离的主要近似的影响。我们认为核量子效应对平衡性质的重要性，并发现它们强烈影响分子内的性质，如键的波动和稳定性。我们证明了热效应和量子效应的结合对分子固体的预测光学性质产生了剧烈的变化，这表明了对动力学的有限价值，例如，有限温度，基于经典离子和静态晶体的预测。我们还考虑了所选择的交换关联密度泛函对氢的预测性质的影响，特别是带隙和零点能的压力依赖性。最后，我们使用我们的模拟，使通常采用的近似计算的吉布斯自由能的固体，即准谐波近似固体的准确性进行评估。我们发现，虽然近似是能够产生自由能的精度为~10 meV，这是不够的，使可靠的预测的相图氢的第一原理，由于小的自由能之间的差异看到几个潜在的固体结构;直接的自由能计算量子质子，以作出明确的预测。
2013-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Robust Diffusive Proton Motions in Phase IV of Solid Hydrogen
系统的第一性原理分子动力学（MD）模拟与长的模拟时间（7-13 ps）的第四阶段的固体氢使用不同的超晶胞尺寸的96，288，576，和768个原子建立的扩散质子运动过程中的石墨烯类层是一个固有的属性和独立的模拟细胞的大小。本研究强调了在第一性原理计算中经常被忽视的一个问题，即长时间MD对于实现遍历性是必不可少的，而遍历性对于正确描述系统的动力学是强制性的。目前的结果与最近的工作[Phys.Rev.B87，174110（2013）]相矛盾，其中分析依赖于短时间片（1-3 ps）。
2013-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Solid molecular hydrogen: The Broken Symmetry Phase
通过恒压变胞从头算分子动力学模拟，我们发现在T=0和P =110 - 150 GPa下，固体H2的对称性破缺相（相II）具有四极正交结构，具有$Pca2_1$对称性.我们目前的状态方程，晶格参数和振动频率的结果，在非常好的协议与实验观察。利用H2和D2上的现有数据估计振动频率的非谐量子修正。我们将观察到的模式分配给特定的对称表示。
1997-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Influence of kinetic effects on terminal solid solubility of hydrogen in zirconium alloys
辐照后锆基核燃料包壳的完整性与氢的溶解度密切相关。综述了氢在锆合金中的溶解度测量技术的发展，并结合已建立的氢在锆合金中的溶解度模型，给出了最终固溶度的计算方法。结果往往允许与已建立的模型不同的解释。另一种定性的方法，提出了一种基于热历史，总氢含量和冷却速率的动力学模型取代固定的TSSp的沉淀的锆氧化物。从一个固定的TSSp到一个动力学限制的TSSd的模型的修改的影响进行了讨论相对于在长期存储的氢化物脆化过程的理解。
2018-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-doping mediated solid state thermal switch
本研究通过氢掺杂调控NdNiO₃薄膜热导率，证实高浓度氢可完全抑制电子热贡献并将声子贡献减半，为固态热开关等器件设计提供关键依据。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic evolution of hydrogen intercalation wave dynamics in palladium nanocrystals
本研究利用液相透射电子显微镜在原子尺度上成像钯纳米晶中的氢插层波动力学，发现插层波机制主导室温下的相变，并揭示其演化路径旨在最小化相边界晶格失配应变。
2024-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech 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
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
Atomic White-Out: Enabling Atomic Circuitry Through Mechanically Induced Bonding of Single Hydrogen Atoms to a Silicon Surface
我们报道了机械诱导硅-氢共价键的形成及其在工程纳米电子器件中的应用。利用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）的针尖，可以垂直操纵单个氢原子。当施加局部电子激发时，单个氢原子从氢钝化表面解吸，并且可以转移到尖端顶点，如从频移曲线中的独特签名所证明的。在隧道电子和电场的情况下，在0 V的扫描探针显微镜结中，在尖端顶点处的氢原子被带到非常接近硅悬挂键，诱导硅-氢共价键的机械形成和悬挂键的钝化。功能化的尖端被用来表征硅悬挂键的氢-硅表面上，被证明是增强扫描隧道显微镜（STM）的对比度，并允许NC-AFM成像与原子和化学键的对比度。通过实例，我们展示了这种原子尺度的机械操作技术在基于表面悬挂键的纳米电子器件的新兴技术工程中的重要性。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anomalous melting behavior of solid hydrogen at high pressures
氢是宇宙中最丰富的元素，它在高温高压条件下的性质对于理解大型气态行星和其他天体的内部至关重要。在超高压下，固体氢由于其高零点运动而被预测转化为量子流体。在这里，我们报告的第一性原理两相共存和Z方法测定的熔点线的固体氢的压力范围从30到600 GPa。我们的结果表明，由经典分子动力学模拟得到的固态氢的熔点线在430 GPa附近达到最小值367 K，在更高的压力下，原子Cs IV相的熔点线恢复正斜率。考虑到氢气在如此低的温度下的量子效应的可能重要性，我们还采用费曼路径积分模拟确定了400，500，600 GPa压力下CsIV原子相的熔化温度。这些结果在一个向下移动的经典的熔点线约100 K，并暗示在一个可能的第二个最大值的熔点线在500和600 GPa之间的区域，证明了量子效应在这个系统中的重要性。结合起来，我们的结果意味着零温度量子液相的稳定场，如果它存在的话，只会发生在比以前认为的更高的压力下。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Melting of atomic hydrogen and deuterium with path-integral Monte Carlo
本文利用机器学习势与路径积分蒙特卡罗方法，结合爬行量子蒙特卡罗处理电子，计算了原子氢和氘在高达900 GPa下的熔化线，发现氢的熔化线高于此前估计，并观察到由量子效应引起的熔化温度随压力升高而小幅下降。
2024-09-28 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of Be(0001) Thin Films: Quantum Size Effect and Adsorption of Atomic Hydrogen
我们对Be（0001）薄膜进行了第一性原理计算，研究了氢原子单层吸附的表面能、功函数和结合能所表现出的振荡量子尺寸效应。费米能级表面态密度的显著提高使得Be（0001）薄膜比晶态Be更具有金属性。结果表明，Be薄膜的能量学和H原子在Be（0001）表面的吸附具有量子振荡行为.此外，原子氢的吸附也使Be（0001）表面的电子结构发生了显著的变化。
2007-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Heterogeneity of Hydrogen in Metal Hydrides Revealed by Electron Ptychography
该研究提出多层电子叠层成像（MEP），实现对金属氢化物中氢原子占位、三维分布及皮米级晶格位移的高灵敏定量探测。
2025-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale patterning of hydrogen terminated Ge(001) by scanning tunneling microscopy
在本文中，我们展示了原子级光刻的氢终止锗（001。光刻图案是通过在超高真空中使用扫描隧道显微镜针尖从吸附在干净的原子级平坦Ge（001）表面上的H抗蚀剂层选择性地解吸氢原子而获得的。研究了针尖-样品偏压对光刻工艺的影响。通过改变尖端到样本的偏差，可以实现特征尺寸从200纳米到1.8纳米的光刻图案。这些结果开辟了一个扫描探针光刻方法的可能性，以制造未来的原子级器件的锗。
2009-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Diffusion and Stabilization in Single-crystal VO2 Micro/nanobeams by Direct Atomic Hydrogenation
我们报告测量原子氢在单晶VO 2微/纳米束中的扩散，通过直接暴露于原子氢，没有催化剂。氢原子由热灯丝产生，掺杂过程在中等温度（373 K）下进行。未掺杂的VO 2在~340 K时在高温金红石金属相和低温单斜绝缘相之间发生金属-绝缘体相变，其电阻表现出类似电阻器的温度依赖性。原子氢化导致VO 2微/纳米束的金属相稳定到2 K，这是我们在测量装置中可以达到的最低点。基于对单晶VO 2束中氢扩散前沿运动的观察，我们估计氢沿金红石相c轴的扩散常数在约373 K时为6.7 x 10^{-10} cm ^2/s，比等结构TiO 2中的值高出约38倍。此外，我们发现，沿c轴的金红石相的扩散常数超过沿等效的单斜相的a轴的至少三个数量级。这种动力学上的显著变化一定源于“通道”的变形，当单位晶胞在冷却成单斜结构时沿着这个方向加倍时。计算结果与实验结果吻合较好。这提高了用于氢传输的可切换膜的可能性。
2014-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of High Temperature Superconductivity in C2/c-24 Solid Hydrogen
最近在高压下富氢材料的实验发展使这类材料在室温超导性的竞争中领先于其他材料。由于它是这类材料的基础，因此确定纯固体氢在高压下的性质的努力仍然很激烈。最值得注意的是，最近对氢金属化的实验研究确定了固体的晶体相为C2/c-24分子相，高达~425 GPa。观察到的金属化可能是由能带结构效应引起的，而不是结构相变，并且材料在较高的压力下保持在该晶相。因此，确定C2/c-24相的超导性质是至关重要的。在这里，我们采用基于Wannier函数的稠密k点和q点采样来计算C2/c-24相氢分子的电子-声子耦合和超导性质。我们发现该材料在500 GPa下具有242 K的高超导转变温度。我们还发现，在400 - 500 GPa的范围内，转变温度迅速增加的压力。
2022-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Room-Temperature Structures of Solid Hydrogen at High Pressures
采用第一性原理的超自洽模拟，我们探讨了300 K结构的固体氢在压力范围150-300 GPa。在200 GPa下，我们发现环境压力下无序的六方密堆积（hcp）相转变为绝缘的部分有序hcp相（po-hcp），即有序的石墨烯状H2层和其他层弱耦合的无序H2分子的混合物。在该相内，氢保持在配对状态，并产生较短的分子内键，这是导致高于4000 cm-1的非常高的实验拉曼峰的原因。在275 GPa下，我们的模拟预测了从po-hcp到有序分子金属Cmca相（4个分子/细胞）的转变，该相先前被提出仅在400 GPa以上稳定。300 K下的吉布斯自由能计算证实了po-hcp和金属Cmca相分别在220-242 GPa和>242 GPa下在所有已知结构上的能量稳定性。我们的模拟强调了温度在调节相稳定性中所起的主要作用，并为在300 K下低于300 GPa的固体氢金属化提供了理论支持。
2012-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Metal-Insulator Transition of Solid Hydrogen by the Antisymmetric Shadow Wave Function
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Johannes Gutenberg-University（约翰内斯·古腾堡大学）；Graduate School of Excellence Materials Science in Mainz（美因茨材料科学卓越研究生院）；University of Paderborn（帕德博恩大学）
本研究通过改进阴影波函数形式体系的相关技术，利用基于反对称阴影波函数的变分量子蒙特卡罗模拟重新研究固态氢的压力诱导金属-绝缘体转变，发现更高的波函数精度会使转变压力显著升高。
2016-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Dissociation of high-pressure solid molecular hydrogen: Quantum Monte Carlo and anharmonic vibrational study
本文对高压下固体氢的分子-原子跃迁进行了理论研究。我们使用扩散量子蒙特卡罗方法计算竞争相的静态晶格能和基于密度泛函理论的振动自洽场方法计算非谐振动性质。我们发现一个小的，但显着的贡献，从非谐振动能量。在374 GPa下发现了从分子Cmca-12直接到原子I4_1/amd相的转变。振动的贡献降低了91 GPa的转变压力。离解压力对同位素组成不太敏感。我们的结果表明，量子熔化发生在有限的温度。
2014-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale investigation of hydrogen distribution in a Ti-Mo alloy
氢的进入通常与钛合金的灾难性失效有关。本文采用原子探针层析技术定量研究了完全\b{eta}和α+ \b{eta} Ti-Mo合金中氢的分布。在完全\b{eta}样品中，氢不会在晶界处偏析，但在某些α/ \b{eta}相界处偏析，其组成超过20 at.%在α+ \b{eta}样品中。在两种样品中均未观察到稳定的荧光。\b{eta}相中的氢浓度从~13 at. %至约4at. %，这归因于通过Mo添加的氢吸收的抑制。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Insulator-metal transition in solid hydrogen: Implication of electronic structure calculations for recent experiments
电子结构的计算压缩分子氢的实验观察到的现象的多样性提供更多的洞察。我们进行全电位LAPW计算和分析它们的分子紧束缚模型。我们发现，$σ_g$和$σ_u$带重叠发生在相当低的压力，而绝缘状态持续在特定的方向高达200 GPa，根据以前的工作，是由于开放的费米能级的杂化间隙。我们还提出了电子性质的计算，如等离子体频率和电子振子耦合。
1995-06-08 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Density functional theory study of phase IV of solid hydrogen
我们用密度泛函理论方法研究了300 GPa压力和350 K温度下的固体氢，发现了比以前预测的更稳定的“混合结构”。混合结构由强键合分子和弱键合石墨烯片的交替层组成。准简谐振动计算表明，混合结构是最稳定的，在室温下超过250-295 GPa的压力范围。这些结构是稳定的相对于强键合的分子相在室温下由所产生的较低频率的振动模式的存在下的石墨烯类片。我们对混合结构的研究结果与实验拉曼数据一致[M. I.我和埃克塞特。A.特洛伊人自然之母10 927（2011）和R. T. Howie等人，Phys. Rev. Lett. 108 125501（2012）]。我们发现，混合相是合理的结构模型相IV的氢。
2012-06-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Creating pseudo Kondo-resonances by field-induced diffusion of atomic hydrogen
在低温扫描隧道显微镜（STM）实验中，铈原子在Ag（100）表面上具有两个分立态，它们的表观高度明显不同。这些原子开关在光谱实验中也表现出类似Kondo的特征。通过大量的理论模拟，我们发现这种行为是由于氢从表面扩散到Ce吸附原子在STM针尖场的存在下。铈吸附原子具有很低能量（3- 4 meV）和很高效率（> 20%）的振动模式，这是由于氢存在时铈原子的态发生了很大的变化。原子振动导致在非常低的偏置电压下的近藤状特征。我们预测，同样的低频/高效率模式也可以观察到镧吸附原子。
2007-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Balancing Thermodynamics, Kinetics, and Reversibility in Ti-Doped MgB2H8: A First-Principles Assessment of a Practical Solid-State Hydrogen Storage Material
New Technologies Research Center, University of West Bohemia（新技研究中心，西波希米亚大学）；Department of Physics, Bacha Khan University（巴哈汗大学物理系）
研究通过首次原理计算分析Ti掺杂MgB2H8的氢存储性能，发现其在热力学、动力学和可逆性方面均有提升，为固态氢存储材料提供了新方向。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Candidate structure for the H$_2$-PRE phase of solid hydrogen
实验进展最终达到了金属固态氢相，这是维格纳和亨廷顿在80多年前预测的。然而，由于高压氢衍射实验的困难，相图中的不同结构仍然存在争议。极端条件下晶体结构的测定既是基本的凝聚态物理，也是行星科学中的一个重要问题：巨型气态行星（如木星、土星等）的行为。强烈地依赖于内部高压氢的性质。这项工作描述了新的可能的结构下出现的高压400 $\sim$ 600 GPa。我们应用结构搜索，使用粒子群优化与密度泛函理论（DFT），提出了几个候选结构。对于这些结构，我们进行了固定节点扩散蒙特卡罗模拟结合DFT零点能量校正，以确认它们的相对稳定性。我们发现$P2_{1}/c$ -8是H $_2$ -PRE相的有希望的候选结构。预测$P2_{1}/c$ -8在400和500 GPa下最稳定。$P2_{1}/c$-8定性重现了H $_2$ -PRE相中观察到的IR光谱峰。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.str-el
