压缩氦原子团簇Hen（n＝3，4，5）排斥势及其多体展开分量计算

 采用Lowdin方法计算了处于压缩状态的氦原子团簇He_n（n＝3，4，5）的排斥势及其多体展开分量。发现随原子数目或压缩度增大，多体展开式的收敛性变差。多体展开式中两体势分量、四体势分量为正值，三体势分量和五体势分量为负值。因此，在进行近似处理时，两体近似法计算的排斥势偏高。经三体修正后的排斥势必然偏低。该计算结果与最新的实验结果定性符合。发现四体势和五体势分量对高密度氦状态方程仍然具有重要贡献。     

多体作用对氦原子团簇He9压缩特性的贡献

 采用Lowdin方法计算了处于压缩状态的氦原子团簇He₉体心立方向型的排斥势及其多体分量，并由此计算出团簇微观压强及其多体分压强。结果发现，多体作用对氦原子团簇He₉压缩特性贡献较大。在相同体积下，由两体近似方法计算的体系压强比多原子体系实际压强偏高10%~30%；考虑三体分压强修正后，近似理论的计算值又会偏低1.5%~10%；只有同时考虑三体、四体修正后，近似理论计算值与实际多原子体系的压强值基本一致。团簇He₉所表现出的压缩特性与固态氦的实验结果相符合。     

高压固氩物态方程的量子理论计算

基于第一性原理,运用ab initio超分子单、双(三)重激发耦合簇理论(CCSD(T))和aug-cc-pVQZ基矢,精确计算了fcc晶体固氩在最近邻原子间距R=0.20~0.39nm时的两体、三体和四体结合能,零点振动能及物态方程。结果表明:固氩的多体势对结合能的贡献在高压区域是一正负交叉级数;零点振动能占多体相互总能的比例较小,但不可忽略;在高压区域,只考虑两体势时对固氩的压缩特性表现过硬,加入三体势后与实验结果在60GPa内完全吻合,考虑到四体势后对整个实验区间0~114GPa内做出令人满意的描述,且在压强达到114GPa时与实验值相差约3GPa,吻合程度达到97%。最后,通过与密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似方法比较发现,泛函理论(DFT)只有在50~114GPa范围内与实验值符合较好,不如本研究所采用方法适用的压强范围宽。     

多体相互作用对高压固氦状态方程的影响

采用量子化学自洽场方法及原子团簇理论对固氦晶格原子势能进行多体展开，定量确定了最近邻原子间距R在0.26—0.175nm之间，短程的两体到五体相互作用对晶体结合能及压缩特性的贡献，并对不同间距下多体展开式的截断位置进行了讨论. 结果表明：当最近邻原子间距R在0.26—0.175 nm之间取值，在具有hcp相结构的晶格中，氦原子势能的多体展开式是一收敛的交错型级数，该级数中两体项、四体项为正值，而三体项、五体项为负值. 当R在0.26—0.23 nm之间取值时, 仅保留级数中两体和三体项就能很好地描述晶格原子势能；当R在0.23—0.20 nm之间取值，多体展式需要展开到四体相互作用项；当R在0.20—0.175 nm之间取值必须再加入五体项贡献. 考虑到五体相互作用后，理论计算已能圆满地解释目前固氦等温压缩数据，其最大压力达 60GPa. 关键词： 固氦 状态方程 多体相互作用     

高温高密度条件下氮分子三体关联效应与冲击压缩特性

 基于量子化学从头计算方法,计算了处于高密度条件下氮分子之间的两体排斥势和三体关联势,并采用球面平均近似求得了它们各自的高温平均势能值,得到了包括三体关联效应的等效两体势函数与分子间距的解析关系。借助分子流体微扰变分理论,并考虑van der Waals长程作用,分别采用总平均两体势和总等效两体势,计算了液氮的冲击压缩曲线。计算结果表明,在不需要考虑分子离解的压缩范围内（1～35 GPa）,三体关联效应的贡献使分子间总等效两体势函数比单独两个分子间总平均作用势函数明显软化,与实验Hugoniot数据结果一致。     

结合能的新势函数对高压稠密惰性元素压缩特性的影响

基于量子理论和原子团簇理论,运用多体展开方法和第一性原理的从头算方法,提出了一种计算稠密惰性元素(氦、氖、氩和氪)原子结合能的新势函数,运用新公式研究了结合能对高压稠密惰性元素高压压缩特性的影响。此公式引入了一个物理参量β(其值为0.5),使得势函数的表达形式更加简单、准确。对比结果表明,结合能的新势函数能够准确地描述多体相互作用对结合能的贡献,且平均相对误差在5%以内。结合能的新势函数对压缩特性的影响在当前实验压强范围内(氦60 GPa、氖238 GPa、氩114 GPa、氪128 GPa)做出了令人满意的描述,且与实验值及理论计算结果基本完全吻合,平均相对误差在3%以内。最后,以固氩的压强数据为例,验证了势函数的准确性。该势函数不仅适用于更宽密度和更高压强范围,而且对所有惰性元素原子各种状态的结合能、高压压缩特性、定容比热容、熔化曲线和弹性模量的研究具有重要的指导意义。     

固氢固氦等温压缩线的理论计算

用原子团簇理论和完全量子力学计算,研究了固氦和固氢的等温压缩线.在固氢的分子间相互作用势计算中,采用了球形势近似和等效氦原子模型.计算结果与100GPa以下的实验等温线相比较,发现两者有很好的符合. 关键词：     

基于第一性原理的固氦零点振动能的量子理论计算

基于第一性原理,运用原子团簇理论和Hartree-Fock Self-Consistent-Field从头算法计算了高压固氦hcp结构在平衡位置r=1.75-2.6附近的原子相互作用能,并使用1stOpt软件拟合出固氦的零点振动频率,得到零点振动能、Gruneisen系数及零点振动压强,最后与实验值做了比较.结果表明:固氦晶体在其各自平衡位置附近的运动可近似为简谐振动;固氦晶体的零点振动频率随着摩尔体积的增大而减小;零点振动能占多体相互总能的比例超过5%,已不可忽略,其比例随摩尔体积的增加而增大;零点振动能随原子间距和摩尔体积的增大而减小;Gruneisen系数随着摩尔体积的增大而增大,并始终处于1和2之间;零点振动引起的压强与实验值曲线趋势完全一致,但比实验值稍小,零点振动压强对总压强的贡献随着摩尔体积的增大由8%增大到50%左右,由此引起的零点振动压强值的贡献越来越大.     

核物质中的三体核力效应和相对论效应

在BHF理论框架内,利用两体现实核力和微观三体核力研究了核物质状态方程,仔细计算和分析了核介质中不同的基本微观过程导致的三体核力对核物质状态方程的贡献,与相对论DBHF方法的计算进行了比较.结果表明,DBHF方法中包含的对核物质状态方程的主要相对论修正来自于核介质中伴随着自由核子–反核子对虚激发中间过程对核子相互作用中标量σ介子交换过程介质修正效应所导致的三体核力,而来自于其他的基本微观过程的三体核力对核物质状态方程的贡献并不能完全相互抵消,它们的总贡献甚至在饱和密度附近也是不能忽略的     

基于第一性原理的固氦零点振动能的量子理论计算

基于第一性原理,运用原子团簇理论和Hartree-Fock Self-Consistent-Field从头算法计算了高压固氦hcp结构在平衡位置r=1.75-2.6Å附近的原子相互作用能,并使用1stOpt软件拟合出固氦的零点振动频率,得到零点振动能、Gruneisen系数及零点振动压强,最后与实验值做了比较.结果表明：固氦晶体在其各自平衡位置附近的运动可近似为简谐振动;固氦晶体的零点振动频率随着摩尔体积的增大而减小;零点振动能占多体相互总能的比例超过5%,已不可忽略,其比例随摩尔体积的增加而增大;零点振动能随原子间距和摩尔体积的增大而减小;Gruneisen系数随着摩尔体积的增大而增大,并始终处于1和2之间;零点振动引起的压强与实验值曲线趋势完全一致,但比实验值稍小,零点振动压强对总压强的贡献随着摩尔体积的增大由8%增大到50%左右,由此引起的零点振动压强值的贡献越来越大.     

固氪物态方程的关联量子化学计算

运用多体展开理论和量子化学方法—–超分子单、双(三重)激发微扰处理耦合簇CCSD(T)方法,首次系统地计算了面心立方固氪在较宽(从晶格平衡位置到体积压缩率超过3倍)区间的两体、三体和四体相互作用对结合能和物态方程的贡献大小,包括Hartree-Fock自洽场项和范德瓦耳斯长程关联作用项;并与实验数据进行比较.结果表明,在考虑到两体、三体、四体相互作用能后,多体展开理论以及CCSD(T)方法对平衡位置结合能测量数据0—130 GPa整个研究区间的实验物态方程数据都做出令人满意的描述.     

Ultrahigh-Pressure Equation of State for Copper at 0K

Based on the first-principles all-electron full-potential augmented-plane-wave plus local orbital method, an equation of state （EOS） at OK for copper up to 10000 GPa （10^8 bar） is presented. Our recommended EOS is in good agreement with the available experimental data. Furthermore, the agreement between theoretical EOS of hcp and fcc lattices at extremely compressed condition sets the foundation of spherical atom models for high density and high temperate plasmas.     

Equations of State and the Phase Diagram of Dielectric and Metallic Helium-4

A new form of the semiempirical equation of state for the liquid phase of helium-4 is proposed that is based on the assumption that the structure of this phase consists of a mixture of dielectric and metallic components. It is postulated that solid dielectric helium with density higher than 5.3 g/cm³ becomes a metal. The values of the parameters of the equations of state for both solid phases and the liquid phase of helium are calculated. The unknown values of the initial data for helium are taken by analogy with the parameters for deuterium. The phase diagram, shock adiabat, isentropes, isotherms, and electrical conductivity in these processes are calculated with the use of the equations of state of solid and liquid phases of helium-4. The results of calculation are compared with experimental data in the range of pressures of up to 35 GPa for an isotherm, up to 150 GPa for a shock adiabat, up to 42 GPa for the melting curve, and up to 2000 GPa for isentropes, and showed quite satisfactory agreement. Numerical extrapolation of the melting curve is performed to a range of ultrahigh pressures of up to 8000 GPa.     

固态氦的理论等温压缩线

 基于团簇理论并计及邻近和次邻近原子对中心原子的屏蔽作用，我们用完全量子力学方法计算了hcp结构固态氦的原子多体作用排斥势和等温压缩线。计算结果与5~25 GPa范围的静高压实验结果吻合较好。表明本文方法与过去提出的原子相互作用势相比，是合理的和比较好的。本文还对Aziz二体势、Loubeyre三体势和Ross和Young等效势的局限性做了讨论。     

基于原子晶体构型的高压固氩中的多体相互作用

X射线衍射实验显示固氩是面心立方(fcc)晶格结构,目前对晶体氩的研究只限于两体,三体以及四体相互作用势.本文利用多体展开方法和超分子单、双(三)重激发耦合簇理论(CCSD(T))对固氩fcc晶格结构的三体和四体的几何构型、几何参数、不同体积下所有三体和四体构型的势能以及各构型所占比例等几个方面进行了准确的量子化学计算.结果表明:所有三体构型中对总的三体势能贡献最大的是构型1、构型6、构型12和构型23;三体势及其交换部分和色散部分的计算结果与现有解析经验势在长程部分符合得非常好,但在短程部分有较小差异.所有的四体构形中对总的四体势能贡献最大的是构型1,构型2,构型4,构型5,构型7和构型8;四体势及其交换势部分和色散部分的计算结果尚无解析经验势可比较.利用这些特殊构型的相关数据并结合其它构型,可拟合出更准确的三体经验势函数及其参数,也为拟合四体经验势函数及其参数提供了重要的参考价值.     

基于原子晶体构型的高压固氩中的多体相互作用

X射线衍射实验显示固氩是面心立方(fcc)晶格结构,目前对晶体氩的研究只限于两体,三体以及四体相互作用势。本文利用多体展开方法和超分子单、双 (三)重激发耦合簇理论(CCSD(T))对固氩fcc晶格结构的三体和四体的几何构型、几何参数、不同体积下所有三体和四体构型的势能以及各构型所占比例等几个方面进行了准确的量子化学计算。结果表明:所有三体构型中对总的三体势能贡献最大的是构型1、构型6、构型12和构型23;对三体势及其交换部分和色散部分的计算结果与现有解析经验势在长程部分符合得非常好,但在短程部分有较小差异。所有的四体构形中对总的四体势能贡献最大的是构型1,构型2,构型4,构型5,构型7和构型8;对四体势及其交换势部分和色散部分的计算结果尚无解析经验势可比较。利用这些特殊构型的相关数据并结合其它构型,可拟合出更准确的三体经验势函数及其参数,也为拟合四体经验势函数及其参数提供了重要的参考价值。     

从头算方法研究面心立方铝在高温高压下的热力学状态方程

用从头算方法优化计算了面心立方铝的电子结构和总能,得到了它在零温下的状态方程和弹性性质.将得到的总能与晶格体积拟合到Debye模型,获得了非平衡态下的Gibbs自由能与温度、压力之间的关系,在此基础上计算了相应的热状态方程,利用Burakovsky-Preston-Silbar （BPS） 熔化模型计算了铝的熔化曲线.所有的电子结构和总能计算都是基于局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的平均得到的.计算得到的铝在高温、高压下的状态方程与一些热力学性质和熔化曲线同冲击波和静高压实验数据在225 G 关键词： 铝 热力学状态方程 从头算 熔化曲线