氢的独特晶体结构显示在高压力

氢,作为第一个元素组成,包含线索宇宙中物质的分布。

一般气体,氢气发生在加压条件下固体通常出现在巨大的气态行星的核心。然而,固体氢的结构尚未建立由于重复挑战这样的条件在实验室里。

目前,一项新的研究提供了洞察这方面使用模拟和数据科学方法。亚博老虎机网登录元素周期表中的元素可以发生在许多形式。碳,例如,根据环境存在金刚石和石墨的形成。

晶体结构开发加压环境中尤为重要,因为它们提供行星形成的线索。

然而,重建这种环境在实验室是艰苦的,和材料科学家经常依靠模拟预测来检测这种结构的存在。亚博网站下载

顺便说一句,氢是特别重要的考察宇宙中物质的分布和巨大的气体行星的行为。然而,固体氢发达的晶体结构在高压仍在争论中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,强制执行和氢,波动主要是大,使晶体的预测阶段更具挑战性。

最近,在一份联合研究发表在物理评论B,一个国际科学家小组包括Maezono良教授和副教授Kenta Hongo村日本先进科学技术研究所亚博老虎机网登录(JAIST)处理这个问题使用一个聪明的超级计算机模拟和数据科学、公开几个晶体结构0 K附近氢在低温和高压力。亚博老虎机网登录

对晶体结构在高压下,我们已经能够使用最近的数据生成多个候选模式科学方法,如遗传算法,等等。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。亚博老虎机网登录

良Maezono、教授、日本先进科学技术学院亚博老虎机网登录

因此,研究人员研究了几种可能的结构,可以开发2到70氢原子在高压力(400 - 600 GPa)使用一个方法称为“粒子群优化和密度泛函理论(DFT)计算和预计使用采用基于量子蒙特卡罗技术相对稳定和DFT零点能量修正。

搜索生成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-8包括原子和分子晶体层或者发生。

然而,他们知道所有的10个结构揭示了结构动态不稳定。为了获得一个稳定的结构,科学家们放松Pbam-8不稳定的方向发展一个新的动态稳定结构称为P2₁/ 8。

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。

Kenta Hongo村博士、副教授、日本先进科学技术学院亚博老虎机网登录

确认该新结构比Cmca-12更稳定,结构曾发现在H是一个有效的选择₂前阶段,一个六个结构阶段检测固体氢在高压下(360 - 495 GPa)稳定在接近0 K。科学家们进一步证实了他们的结果通过比较两种结构的红外范围,显示类似的模式通常在H₂前阶段。

氢晶体问题是材料科学中最具有挑战性和棘手的问题。亚博网站下载亚博老虎机网登录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。亚博老虎机网登录

良Maezono、教授、日本先进科学技术学院亚博老虎机网登录

基于研究结果,更多这样的令人兴奋的发现可能在未来。

期刊引用:

Ichibha、T。等。(2021)的候选结构的H₂前阶段的固体氢。物理评论B。doi.org/10.1103/PhysRevB.104.214111。

来源:https://www.jaist.ac.jp/english