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高压液氢超临界行为的证据

事宜本文发表于2021年12月15日

摘要

氢,宇宙中最简单和最丰富的元素,在压缩后表现出非常复杂的行为1.自从Wigner在近一个世纪前预测了固体氢在兆巴压力下的解离和金属化2在美国,科学家们已经做出了一些努力来解释致密氢的许多不同寻常的性质,包括一种丰富而鲜为人知的固体多态性13.45,异常熔化线6以及向超导态的可能转变7.在这种极端条件下的实验具有挑战性,往往会导致难以解释和有争议的观察结果,而理论研究则受到足够精确的量子力学计算的巨大计算成本的限制。在这里,我们提出了一项关于致密氢相图的理论研究,该研究使用机器学习从参考计算中“学习”势能表面和原子间作用力,然后以低计算成本预测它们,克服了长度和时间尺度的限制。我们再现了再入熔化行为和固相的多态。使用我们基于机器学习的电位进行的模拟为液体中分子到原子的连续跃迁提供了证据,在熔化线以上没有观察到一阶跃迁。这表明在巨大的气体行星中绝缘层和金属层之间的平稳过渡,并调和了实验之间存在的差异,作为超临界行为的一种表现。

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图1:基于PBE DFT的MLP预测高压氢的热力学性质。
图2:多态溶液模型适合高压氢体系。

数据可用性

支持本研究结果的数据可在论文中获得,并且再现报告结果所需的所有输入文件都包含在论文中补充信息.为本研究生成的所有数据均可根据通讯作者的要求提供,此处构建的氢的MLP可在https://github.com/BingqingCheng/MLP-highP-H

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下载参考

确认

我们感谢G. Ackland, H. Geng。和R. Redmer,他们分享了他们的aim轨迹,让我们对MLP进行基准测试。我们感谢S. Sorella提供VMC训练数据集。我们请D. Frenkel、B. Monserrat、M. Casula、A. M. Saitta、R. Helled、G. Carleo和S. Sorella参加讨论。卑诗省承认来自瑞士国家科学基金会(项目P2ELP2-184408)的资助,由EPSRC Tier-2资本赠款EP/P020259/1和CSCS项目ID s957资助的剑桥Tier-2系统提供的资源。通用公司感谢瑞士国家科学基金会的资助,资助号为200021-179312。C.J.P.通过皇家学会沃尔夫森研究优秀奖和EPSRC通过资助EP/P022596/1获得英国皇家学会的支持。M.C.感谢瑞士国家科学基金会(项目200021-182057)的资助。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

b.c., G.M.和M.C.对研究进行了概念化;b.c., C.J.P.和M.C.进行了研究并分析了数据;b.c., g.m., C.J.P.和M.C.写了这篇论文。

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道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

同行评审信息自然感谢Graeme Ackland和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

补充信息

该文件包含补充方法,对正文中没有报道的结果的详细描述和附加分析。包含补充图1-19。

补充数据

这个压缩文件夹包含基于PBE DFT, BLYP DFT和VMC的三个高压氢气机器学习潜力,以及所有必要的模拟输入文件。

权利和权限

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

程,B,马佐拉,G,皮卡德,C.J.et al。高压液氢超临界行为的证据。自然585, 217-220(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2677-y

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  • DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-020-2677-y

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