小说水晶阶段发现氢在高压力
元素周期表可以采取多种形式。碳,例如,存在金刚石和石墨的生成取决于当时的环境条件。晶体结构,形成了加压环境中尤为重要,因为它们提供了一些线索,行星的形成。然而,重建这种环境在实验室是困难的,和材料科学家往往依赖于模拟预测来确定这种结构的存在。
在这方面,氢是尤其重要分析宇宙中物质的分布和巨型气体行星的行为。然而,固体氢形成的晶体结构在高压下仍在争论由于涉及高压氢的困难进行实验。此外,结构模式是由一个微妙的平衡的因素,包括在电子和电动力量波动由量子力学,氢,波动特别大,使其结晶阶段的预测更加困难。
最近,在一个协作研究发表在物理评论B全球的研究团队涉及Maezono良教授和副教授Kenta Hongo村从日本先进科学与技术研究所的解决这个问题使用超级计算机模拟和数据科学的一个巧妙的组合,揭示各种晶体结构0 K附近氢在低温和高压力。
“对晶体结构在高压下,我们已经能够产生多个候选模式使用最近的数据科学方法遗传算法等,但这些候选人是否真正生存的阶段在高压只能由高分辨率模拟,”Maezono教授解释道。
因此,研究小组寻找各种可能的结构,可以用2到70个氢原子形成高压400 ~ 600帕(GPa)使用了一种叫做“粒子群优化”和密度泛函理论(DFT)计算和估计其相对稳定使用采用基于量子蒙特卡罗方法和DFT零点能量修正。
搜索产生10个可能的晶体结构,以前没有发现的实验,其中包括九名分子晶体和一个混合结构,Pbam -出现或者8组成的原子和分子晶体层。然而,他们发现,所有10个结构显示结构动态不稳定。获得一个稳定的结构,团队轻松Pbam8不稳定的方向形成一个新的动态稳定结构P21日/c8。“新结构是一种很有前途的候选人为固体氢阶段实现高压条件下如发现地球深处,“Hongo村博士说。
发现新结构更稳定Cmca-12年以前发现的结构是一个有效的候选人在H2-PRE阶段,六个构造阶段之一确定为固体氢高压(360到495 GPa)稳定在接近0 K。团队进一步验证结果通过比较两种结构的红外光谱,显示类似的模式通常观察H2-PRE阶段。
虽然这是一个有趣的发现,Maezono教授解释说他们的结果的意义:“氢晶体的问题是材料科学中最具有挑战性和棘手的问题。根据使用的近似类型,预测可以有很大区别,避免近似是一个典型的挑战。我们现在的结果验证,我们可以继续我们的研究在其他结构预测问题,如硅和镁的化合物,它有一个对地球和行星科学产生重大影响。”
看起来像更多这样的等待激动人心的发现我们在地平线上!
参考:张Ichibha T, Y, Hongo村K,Maezono R, Reboredo足总。候选人结构H2前阶段的固体氢。物理评论B。2021;104 (21):214111。doi:10.1103 / PhysRevB.104.214111
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