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
Quantum rate theory of the trapping of hydrogen and deuterium by a vacancy in iron
我们应用量子速率理论来计算过渡率的氢或氘原子逃逸到一个邻近的亚稳站点的铁空位陷阱。我们确定过渡率和相应的活化能在很宽的温度范围内，涵盖量子和经典为主的制度。我们发现量子效应导致跃迁速率活化能的增加和过渡态分界面的非常显著的再交叉。由于量子过渡态理论对质子转移速率的估计过高，超过了一个数量级，而对氘核转移速率的估计则过高了两倍。
2014-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen and Deuterium Tunneling in Niobium
本研究通过密度泛函方法计算了铌中氧杂质捕获的氢和氘原子的双阱势与隧穿劈裂，结果与热容和中子散射实验分析一致。
2025-01-22 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
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
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
Solute hydrogen and deuterium observed at the near atomic scale in high-strength steel
观察物质中的溶质氢（H）是一项艰巨的挑战，然而，在原子尺度上实现H的定量成像对于了解其对许多金属合金的机械强度的有害影响至关重要，这些金属合金导致了许多工程零件和结构的灾难性故障。在这里，我们报告的氢（H）和氘（D）的APT分析的纳米结构的超高强度钢具有高抗氢脆。冷拉严重变形珠光体钢丝（Fe-0.98C-0.31Mn-0.20Si-0.20Cr-0.01Cu-0.006P-0.007S重量%，ε=3.1）中含有合金预变形时分解的铁素体和铁素体。我们发现H和D内分解的铁素体，并在一些界面与周围的铁素体。为了确定APT中获得的H/D信号的来源，我们探索了一系列实验工作流程，包括低温样品制备和从制备到最先进的原子探针的低温真空转移。我们的研究指出了制备的关键作用，即在电化学抛光过程中H-捕获位点的可能饱和，如何通过使用除气处理，低温制备和充电前转移来缓解这些问题。在低于化学计量比的碳化物中容纳大量的H可能解释珠光体对氢脆的抗性。
2020-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Transmission ERDA of ubiquitous deuterium in H-containing materials
本研究利用8.02 MeV He的透射式弹性反冲探测分析（T-ERDA）测定含氢mylar和PPS薄膜中普遍存在的氘浓度，所得D/H比与标准平均大洋水值偏差小，验证了该方法分析氘变化的灵敏度，可用于天然及合成含氢材料的表征。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of lattice locations of deuterium in tungsten and its application for predicting deuterium trapping conditions
针对聚变堆钨中氢同位素滞留的安全问题，提出结合第一性原理计算与NRA/C谱模拟的方法，可通过氘晶格位置变化确定其俘获条件的具体信息。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Probing deuterium-induced magnetic phase transitions in TbCo alloys with in-situ polarized neutron reflectometry
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）
研究通过原位极化中子反射仪探讨氘对TbCo合金磁性相变的影响，发现Tb-rich合金中厚度膨胀是磁相变主机制，而Co-rich合金则无此现象，同时氧化界面对氘敏感但可间接调控。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci
In-situ neutron diffraction during reversible deuterium loading in Ti-rich and Mn-substituted Ti(Fe,Mn)0.90 alloys
氢是一种高效的能源载体，可以从可再生能源中生产，从而实现向无二氧化碳能源的过渡。氢可以用合适的合金以固态储存很长一段时间。富Ti的TiFe 0.90化合物在第一次加氢时表现出温和的活化过程，而Ti（Fe，Mn）0.90替代合金可以导致平衡压力作为最终应用的函数的微调。本文用原位中子衍射法测定了TiFe（0.90-x）Mnx（x = 0，0.05和0.10）合金及其氘化物的晶体结构，同时记录了室温下的压力-成分等温线。本文旨在分析富Ti Ti（Fe，Mn）0.90合金中Mn替代Fe对可逆充氘过程中组织性能的影响，这一问题至今尚未得到解决，也很少有人探索。激活后，样品已被转移到定制的不锈钢和铝合金电池用于在ILL和ISIS中子设施的氘加载过程中，分别在原位中子衍射实验。该研究通过确定氘化过程中的体积膨胀，使人们对储氢、基本结构知识有了深刻的理解，并为用于储能系统中集成储氢罐的TiFe型合金的工业应用提供了支持。此外，该研究表明，不同含量的Mn不会显著改变相变期间的体积膨胀，仅影响γ相的氘含量和\b{eta}相的晶胞演化。研究证实，吸氘后的γ相、解吸后的\b{eta}和α相的氘代结构与S. G. Cmmm、P2221和Pm-3 m。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
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
The Melting Line of Hydrogen at High Pressures
70多年前就预测了固体氢中的绝缘体到金属的转变，但这种转变的证明仍然是一个科学挑战。在这方面，氢的温度对压力熔化线中的峰值可以是金属化的可能前体。然而，以前的测量的熔化曲线的氢已被限制在压力的氢扩散到垫圈或金刚石。为了克服这一限制，我们采用了一种创新的技术，即脉冲激光加热样品，并在P=64.7 ± 4GPa和T=1055 ± 20 K处的熔化线上产生最终峰。
2008-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
Hydrogen response to high-density dislocations in bulk perovskite oxide SrTiO3
本研究以氘为示踪剂，发现块状单晶 SrTiO3 中机械引入的高密度位错可使氘掺入量提升约100倍，揭示位错是氢的有效储库与快速扩散通道。
2025-06-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the charge ordered phase in $κ$-D$_3$(Cat-EDT-TTF/ST)$_2$: Stability of $π$-electron deuterium coupled ordering in hydrogen-bonded molecular conductors
采用第一性原理密度泛函理论~（DFT）方法研究了氢键分子导体$κ$ -D $_3$（Cat-EDT-TTF）$_2$及其硒取代类似物$κ$ -D $_3$（Cat-EDT-ST）$_2$的电子和结构性质.在这些化合物中，$π$ -电子系统中的电荷有序化与形成氢键的氘中的位移有序化耦合，在高温相中由两个氧均等地共享。虽然在标准DFT方法的基础上的广义梯度近似的结构优化未能再现的电荷有序（CO）相的结构稳定性，我们表明，混合功能的海德，Scuseria，和Ernzerhof可以再现CO相的结构特征，由于更本地化的性质的波函数。此外，使用的能力的混合功能来预测的电子和结构特性，我们发现了一个稳定的非中心对称的CO相与另一种模式的氘排序。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-Temperature Deuterium Separation in van der Waals Gap Engineered Vermiculite Quantum Sieves
针对传统氘分离方法能耗高或选择性低的问题，首次制备出空间宽度约2.1埃的范德华间隙工程蛭石量子筛，实现室温下D₂/H₂选择性达2.20，为高效氢同位素分离提供新方向。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibrational properties and diffusion of hydrogen on graphene
采用路径积分分子动力学模拟研究了氢和氘在单层石墨烯上的化学吸附。在200至1500 K的范围内，通过使用紧束缚势拟合密度泛函计算，这些点缺陷的熔点温度特性进行了分析。一方面，吸附原子的振动性质研究在其平衡位置，连接到C原子。振动显示出明显的非谐性，来自动能和势能之间的比较，以及氢和氘的振动能之间的比较。另一方面，用量子过渡态理论研究了吸附原子的运动。在室温下，发现量子效应将石墨烯片上的氢扩散率提高了20倍。
2009-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen (deuterium) dynamics and thermal stability in ion-irradiated platinum-hydride thin films synthesized at low temperature
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）；School of Materials and Chemical Technology, Institute of Science Tokyo（东京科学大学材料化学技术学院）；Department of Chemistry, The University of Tokyo（东京大学化学系）；Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency（日本原子力研究开发机构先进科学研究中心）
本研究通过低能离子辐照制备亚稳态氢化铂薄膜，结合多种表征方法揭示了氢/氘在铂薄膜中的分布、动力学及热稳定性，为铂基相关领域的氢动力学研究提供了关键认识。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Atom Probe Analysis of Ex Situ Gas-Charged Stable Hydrides
在这项工作中，我们报告的原子探针层析成像分析的两个金属的加压充电形成的非原位充氢电池，在200-500千帕（2-5巴）的压力范围。具体来说，我们报告的Pd/Rh和V系统的氘充电。使用这种非原位系统，我们证明了成功的加载和随后的原子探针分析的氘内的Pd/Rh合金，并证明氘是可能存在于氧化物-金属界面上形成的原生氧化物钒。通过这些实验，我们证明了通过原子探针层析成像的非原位氢分析的可行性，从而在原子尺度上对氢进行三维成像的可行途径。
2017-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen/deuterium absorption on the magnetic properties of Co/Pd multilayers
利用极化中子反射率（PNR）研究了两种垂直磁各向异性（PMA）Co/Pd多层膜对H2和D2的吸收效应。PNR是在外加磁场H作用于样品平面内，磁化强度M限制在平面内（μ o H= 6.0 T），部分在平面外（μ o H = 0.65 T）时测量的。Co和Pd层的标称厚度分别为2.5 μ m和21 μ m。由于这些小的值，实际层的化学成分，厚度和界面粗糙度参数确定从核散射长度密度分布（ρ_n）和它的衍生物从X射线反射率和PNR，并确定不确定性使用Monte Carlo分析。PNR ρ_n表明，虽然D2吸收发生在整个样品中，但多层堆叠中的吸收是适度的（0.02 D/Pd原子），因此没有扩展。直接磁分析表明，H2吸收减少了饱和时的总M，并增加了未饱和时样品平面中M的分量。PNR磁散射长度密度（ρ_m）表明，多层膜中的Pd层是磁化的，并且它们的磁化强度在D2吸收时优先改变。在一个样品中，在μ_o H= 0.65 T处观察到具有两倍多层周期的M调制，其在D2吸收时增加。这些结果表明，H2或D2吸收降低了样品的PMA和总磁化强度。在吸收过程中缺乏可测量的膨胀表明这些变化主要由材料的电子结构的改变所控制。
2011-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Termination of Graphene Edges Created by Hydrogen and Deuterium Plasmas
随着器件尺寸减小到纳米尺度，边缘工程对基础研究和应用都很重要。这对于石墨烯尤其如此，因为石墨烯边缘根据原子结构和终端显示出完全不同的电子性质。最近已经表明，可以通过使用氢（H）等离子体蚀刻石墨烯和石墨来获得原子级精确的锯齿形边缘。然而，边缘终止没有被直接研究。在这项研究中，终止的H-等离子体产生的边缘进行了研究，通过高分辨率电子能量损失谱（HREELS）显示的边缘是$\mathrm{sp}^{2}$键合和边缘碳原子是由只有一个H原子终止。这表明，理想的锯齿形边缘，这不仅是原子级精度，而且$\mathrm{sp}^{2}$键合，可以通过H-等离子体蚀刻获得。还通过扫描隧道显微镜（STM）研究了用不同同位素氘（D）的等离子体蚀刻石墨表面，以表明D-等离子体各向异性蚀刻石墨的效率较低，尽管它可以比H-等离子体更有效地制造缺陷。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards establishing best practice in the analysis of hydrogen and deuterium by atom probe tomography
本文总结APT分析氢与氘的技术难点及专题研讨共识，提出规范报告相关数据的实践路径，以提升微观尺度氢定量分析的可靠性。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Shock Compression of Deuterium and the Interiors of Jupiter and Saturn
最近，氘一直是高水平的实验和理论活动的焦点，这是由对Hugoniot最大压缩的实验值的分歧引发的。氘在兆巴压力下的行为还不很清楚。了解目前氢/氘EOS的不确定性如何影响木星和土星的推断结构是非常有趣的。特别是，这两颗行星中重元素（H和He除外）核心的质量和这些重元素的总质量对氢的状态方程非常敏感，并构成其形成过程的重要线索。我们提出了一个研究的范围内的结构允许木星和土星目前的不确定性氢EOS和天体物理观测的两颗行星。在Mbar压力下对氢的实验理解和对两颗行星引力矩的更好测定对于严格限制它们的内部结构是必要的。
2004-03-16 astro-ph cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Study of hydrogen absorption in a novel three-dimensional graphene structure: Towards hydrogen storage applications
新型三维石墨烯结构的使用允许规避石墨烯的二维性质及其在氢吸收中的应用的限制。在这里，我们研究通过在多孔化的4 H-SiC晶片的（0001）面上的外延生长方法共形生长的单层石墨烯上的氢键。通过热脱附光谱（TDS）研究氢吸收，将样品暴露于原子（D）或分子（D2）氘。石墨烯的生长温度，氢暴露温度，和结构的形态进行了研究，并与它们对氢吸收的影响。当暴露于D2时，三维石墨烯结构化学结合原子氘。这是在非官能化的石墨烯基材料中的这种事件的第一份报告，并意味着存在催化裂解机制。它进一步表明，多孔材料的三维树枝状结构暂时保留解吸的分子，并导致延迟发射。在氢的催化裂解后化学吸附原子的能力，加上其大的表面积与体积比，使这些结构成为储氢器件的有前途的衬底。
2023-02-17 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure phase diagram of hydrogen and deuterium sulfides from first principles: structural and vibrational properties including quantum and anharmonic effects
采用第一性原理密度泛函理论计算方法研究了高温超导三氢化硫和三氘化硫在高压$Im\bar{3}m$和$R3m$相中的结构和振动性质。当压力降低时，可能发生菱面体转变$Im\bar{3}m \rightarrow R3m$，伴随着氢键不对称化和三角晶格畸变的发生。在静水条件下，我们发现，与最近一些实验中提出的相反，如果存在菱面体扭曲，它主要影响氢键，而由此产生的细胞扭曲很小。我们估计，发生的应力各向异性约$10\%$可以解释这种差异。假设流体静力条件下，我们计算的临界压力时，菱面体转变发生。量子和非谐效应，这是相关的，在这个系统中，包括在非微扰水平的随机自洽谐波近似（SSCHA）。在这种方法中，我们通过计算自由能Hessian来确定转变压力。我们发现，量子非谐效应是负责一个强大的减少的临界压力与经典谐波的方法。此外，我们观察到一个突出的同位素效应，因为我们估计更高的压力转换为D ${}_3$ S比H ${}_3$ S。最后，在SSCHA中，我们计算了$Im\bar{3}m$相的非简谐声子谱函数。系统的强非谐性被证实的发生非常大的非谐加宽导致复杂的非洛伦兹线的形状。然而，对于例如通过红外光谱可获得的在区中心处的振动光谱，加宽非常小（线宽最多约为2~meV）并且非谐声子准粒子被很好地定义。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Predicted reentrant melting of dense hydrogen at ultra-high pressures
本研究利用基于密度泛函理论的从头算分子动力学和路径积分模拟，发现致密氢在2 TPa以上的新原子相及重入熔化行为，将金属氢与锂、钠等碱金属的熔化规律联系起来。
2023-04-24 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structure, hydrogen bond dynamics and phase transition in a prototypical ionic liquid electrolyte
离子液体（IL）作为下一代混合固体锂离子电池的可能电解质引起了人们的广泛兴趣。然而，对离子液体的熔融转变、扩散、氢键网络的强度和结构等性质的研究还很薄弱。本文对一种典型的离子液体[TEA][NTf 2]进行了~ 2 H NMR研究。我们表明，动态熔融发生通过一个动态的非均相稳定之间的223-277 K和过渡过程的特点是由两个标准的摩尔焓变化，表明熔融的多阶段性质。自旋弛豫分析允许确定的几何形状，利率和能量的IL流动性在固体和液体状态。我们比较这些属性与以前报道的数据[TEA][OTf]和[TEA][OMs] IL共享阳离子，但具有不同强度的阴离子。研究结果表明，阴、阳离子间的氢键越强，固液相变焓越低，翻滚运动的活化能垒越高，天平动运动的振幅越小。
2021-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Parameter-free quantitative simulation of high dose microstructure and hydrogen retention in ion-irradiated tungsten
氢同位素被保留在用于聚变发电应用的材料中，随着微结构经受辐照损伤，改变氢脆和氚库存。但是，高度损坏的材料的建模-暴露于超过0.1位移每原子（dpa）-其中观察到渐近饱和，例如钨面临的等离子体在聚变托卡马克反应堆，是困难的，因为一个高度损坏的微观结构不能被视为弱相互作用孤立的缺陷陷阱。在本文中，我们开发的计算技术，找到在高度辐照材料的缺陷含量，而无需可调参数。首先，我们展示了如何产生收敛的高剂量（>1 dpa）的微结构使用的组合的创建-松弛算法和碰撞级联的分子动力学模拟。然后，我们做了强大的点缺陷和空洞区域的简单发展的Wigner-Seitz分解的晶格网站的估计。我们使用我们的估计的空隙表面积来预测钨的氘保留容量作为剂量的函数。然后将其与在290 K下自辐照至不同损伤剂量并在370 K下暴露于低能量氘等离子体的钨样品的3 He核反应分析（NRA）测量进行比较。我们表明，我们的模拟微观结构给出了一个很好的匹配实验数据，与模型和实验显示1.5-2.0原子%，在高剂量极限下，氘仍保留在钨中。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Retention and Recycling of Deuterium in Liquid Lithium-Tin Slab Studied by First-Principles Molecular Dynamics
了解氢同位素在液态金属等离子体面对材料（如液态Li，Sn和Li-Sn）中的保留和再循环对于设计磁约束聚变反应堆至关重要。本文采用第一性原理分子动力学方法模拟了含D原子的液态锂-锡合金板片，从微观上研究了D原子与液态锂-锡金属的相互作用。我们观察到D $_2$和LiD分子从Li-Sn板中蒸发出来。通过详细的分析，我们揭示了在液态Li-Sn中形成D $_2$分子的一个协同过程，其中Li原子作为催化中心捕获一个D原子，然后另一个D原子靠近形成分子，多余的电荷从D $_2$转移到附近的Sn原子。此外，我们预测了一个温度窗口，其中D $_2$分子可以逃逸到真空，而LiD分子不能。上述结果加深了我们对氢同位素与锂锡液态金属相互作用的理解。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Transition-state lattice modes and the breakdown of adiabatic tunneling for hydrogen and deuterium in bcc Nb
Northwestern University（西北大学）
通过五维晶格重整化玻恩-奥本海默框架，发现氢和氘在体心立方铌中的隧穿本质上是非绝热集体过程，绝热近似仅在正μ子质量极限下成立。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Lattice stability and high pressure melting mechanism of dense hydrogen up to 1.5 TPa
晶格稳定性和亚稳定性，以及熔化，是致密氢的物理和化学的重要特征。采用从头算分子动力学（AIMD）方法，研究了金属氢在1.5 TPa以下的经典过热极限和熔化线。计算结果表明，经典的过热度约为100 K，当压力超过500 GPa时，经典的熔化曲线在350 K处变平。这些信息使我们能够估计阱深度和晶体熔化时必须克服的势垒。采用路径积分分子动力学（PIMD）方法计算了核量子效应（NQE），结果表明，超热极限和熔化温度都降低到室温以下，但熔化温度永远不会达到绝对零度。详细的分析表明，熔化是热激活的，而不是由纯零点运动（ZPM）驱动。广泛的PIMD模拟进一步支持了这一论点，证明了Fddd结构在低温下抗液化的稳定性。
2016-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Fe-H melting curve below 3 GPa: Implications for hydrogen in the lunar core
The University of Tokyo（东京大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Zhejiang University（浙江大学）
研究通过高压熔化实验和X射线衍射测定铁-氢系统在氢饱和条件下的熔化曲线，发现氢在液态铁中溶解度随压力增加而增强，推测月球核中氢含量可能达1.2 wt%，解释了月球核密度缺陷。
2026-04-14 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Distinction of Nuclear Spin States with the Scanning Tunneling Microscope
我们演示了旋转激发光谱与扫描隧道显微镜的物理吸附氢及其同位素氢氘和氘。观察到的激发能非常接近气相值，并显示出预期的缩放与转动惯量。由于这些能量是分子核自旋状态的特征，我们能够分别识别氢和氘的对位和邻位物种。因此，我们展示了前所未有的空间分辨率的核自旋灵敏度。
2013-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum phase diagram of high-pressure hydrogen
本研究通过扩散量子蒙特卡洛和随机自洽谐波近似计算高精度电子与核焓，构建了高压氢和氘的量子相图，发现非谐性使原子金属氢在577±10 GPa形成，并预测了分子相III至VI的转变特征。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Isotope quantum effects in the metallization transition in liquid hydrogen
凝聚态物质中的量子效应通常只发生在低温下。在这里，我们显示了一个大的量子效应在高压液氢在数千开尔文。我们表明，在氢的金属化过渡是受到一个非常大的同位素效应，发生数百度低于相当于过渡氘。我们研究了这一点，使用路径积分分子动力学模拟，确定了液-液过渡涉及雾化，金属化，粘度，比热和压缩性的变化。H $_2$和D $_2$之间的差异是量子力学效应，其可能与H $_2$中的较大零点能削弱共价键有关。我们的研究结果意味着，氘的实验结果必须得到纠正，才能在行星条件下理解氢。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Quantum path integral simulation of isotope effects in the melting temperature of ice Ih
本文用统计力学的路径积分公式计算了冰的熔化温度Ih的同位素效应。同位素之间的自由能差异与它们的动能对同位素质量的依赖性有关。通过使用q-TIP 4P/F模型进行水模拟，该模型是一种点电荷经验势，其包括水分子的OH伸缩中的分子柔性和非谐性。该模型在常压下的熔化温度（T = 251 K），在氘和氚同位素取代氢后分别提高了6.5 ± 0.5K和8.2 ± 0.5K。这些温度变化大于实验值（分别为3.8 K和4.5 K）。在经典极限下，熔化温度与氚化冰的熔化温度几乎相同。这种出乎意料的行为是合理的分子间相互作用和分子的灵活性之间的耦合。这种耦合使得OH伸缩模的动能在液相中比在固相中大。然而，相反的行为被发现的分子内模式，显示更大的动能在冰比在液态水。
2011-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A hydrogen leak-tight, transparent cryogenic sample container for ultracold-neutron transmission measurements
从基于固体氘（sD $_2$）晶体的转换器中提高可提取的超冷中子（UCN）的数量需要很好地理解UCN输运以及晶体的形态如何影响其对UCN的透明度。通过低温液体和感兴趣的固体（例如氢（H $_2$）和氘（D $_2$））的UCN透射率的测量需要具有薄的、高度抛光的和光学透明的窗口以及良好限定的样品厚度的样品容器。最困难的密封问题之一是氢气和氦气等轻气体在低温下与高真空的密封。在这里，我们报告的样品容器的设计与两个1毫米薄的无定形二氧化硅窗口冷焊到铝夹使用铟丝垫圈，以形成一个简单的，可重复使用的和氢密封的低温密封。该容器满足上述要求，并且在低至4.5 K的温度下，在$10^{-5}$至$10^{-7}$ mbar的范围内，相对于隔离真空，能够承受高达2 bar的氢气压力。此外，结晶过程的照片显示和讨论。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
