日本高级科学技术研究所
固体氢H2-前相P21/c-8结构的原子排列模式
描述:一种被称为P21/c-8型的新晶体结构(原子排列模式)，预计将在非常高的压力下实现，例如地球内部深处
信用:Ryo Maezono，JAIST 元素周期表中的元素可以有多种形式
例如，根据形成时的环境条件，碳以金刚石或石墨的形式存在
在超高压环境中形成的晶体结构尤为重要，因为它们为行星的形成提供了线索
然而，在实验室中重建这样的环境是困难的，材料科学家通常依靠模拟预测来识别这种结构的存在
在这方面，氢对于分析宇宙中物质的分布和巨型气体行星的行为特别重要
然而，在高压下形成的固体氢的晶体结构仍然存在争议，这是由于进行涉及高压氢的实验存在困难
此外，结构模式由各种因素的微妙平衡控制，包括电子上的电力和量子力学施加的波动，对于氢来说，波动特别大，使得对其晶相的预测更加困难
最近，在《物理评论B》上发表的一项合作研究中，由日本高级科学技术研究所的Ryo Maezono教授和Kenta Hongo副教授组成的全球研究团队利用超级计算机模拟和数据科学的巧妙结合解决了这个问题，揭示了氢在接近0 K的低温和高压下的各种晶体结构
“对于高压下的晶体结构，我们已经能够使用最近的数据科学方法(如遗传算法等)生成几种候选模式
但这些候选者是否真的是在高压下存活的阶段，只能通过高分辨率模拟来确定，”教授解释道
Maezono
因此，该团队使用一种称为粒子群优化和密度泛函理论(DFT)计算的技术，寻找在400至600千兆帕(GPa)的高压下可以由2至70个氢原子形成的各种可能的结构，并使用第一性原理量子蒙特卡罗方法和DFT零点能量校正来估计它们的相对稳定性
搜索产生了10种以前实验没有发现的可能晶体结构，包括9种分子晶体和一种混合结构，Pbam-8包含交替出现的原子和分子晶体层
然而，他们发现所有10个结构都表现出结构动态不稳定性
为了获得稳定的结构，该团队在不稳定的方向上放松Pbam-8，形成一种新的动态稳定结构，称为P21/c-8
“新的结构是在高压条件下实现的固体氢相的有希望的候选物，例如在地球深处发现的，”博士说
蘑菇
新结构被发现比Cmca-12更稳定，这种结构以前被发现是H2-普雷阶段的有效候选结构，这是在高压(360至495 GPa)下为固体氢确定的六个结构阶段之一，在接近0 K时稳定
该团队通过比较这两种结构的红外光谱进一步验证了他们的结果，这揭示了在H2-普雷阶段观察到的类似模式
虽然这是一个有趣的发现，教授
Maezono解释了他们研究结果的意义:“氢晶体问题是材料科学中最具挑战性和最棘手的问题之一
根据使用的近似类型，预测可能会有很大差异，避免近似是一个典型的挑战
随着我们的结果得到验证，我们可以继续研究其他结构预测问题，例如对地球和行星科学有重大影响的硅和镁化合物
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
