压力作用和压力与磁场共同作用下氢分子行为的研究

发布时间：2020-12-26 19:50

　　氢是宇宙中最简单也是最丰富的元素,对它的研究一直是高压物理领域核心问题之一。在本论文中我们以氢分子为研究对象,应用椭球模型,来研究压力和压力与磁场联合作用对氢分子性质的影响。为了更真实的了解氢分子内部的行为,充分考虑了原子核的运动对氢分子行为的影响,使用了量子蒙特卡罗方法进行精确的数值模拟,发现了:1.由于我们充分考虑了原子核的运动,可以体现出原子核质量不同带来的影响,即同位素差异。经与前人固定原子核模型相比,我们的氢、氘模型在相同的摩尔密度下具有更高的总能和压力,并且具有更低的可压缩性和更复杂的几何变化规律,如键长,椭球的长、短轴等的变化;无论氢还是氘,它们的原子核的动能都在电子的千分之一量级,但是,原子核的运动会影响总能量,使其明显升高,尤其是在高压下这种影响更为显著;在相同的摩尔密度下,氢的总能和压力均高于氘的;我们发现一些物理量之间存在的数值关系,如分子的总能量与受限分子的椭球体积的倒数成线性关系,以及系统的压力与摩尔密度的平方成线性关系;氘和氢在键长压缩率,束缚椭球的拓扑性质等的压缩性质上存在很大差异,这可以解释它们相图存在差异的原因,以及氘独特的Ⅰ’、II’相。2.在有磁场... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

氢的相图

第一章绪论3图1.2固体分子氢的实验相图。空心和实心的圆圈分别代表氕和氘的拉曼数据，空心方块代表了氕的红外数据。三角形和相应的虚线代表了相Ⅳ的相边界。虚线的相的存在还处于争论之中。图1.2展示了在较低温度和中间压力范围的实验相图[1]。可以看到相Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位于温度较低的范围，而相Ⅳ则处于较高的温度上，它们之间有明显作为压力和温度函数的相变界。其中，相Ⅰ位于最低的温度和压力区间，这一相的氢分子可以在晶体中保持自由旋转的状态，这是由于较弱的分子间各向相互作用和原子核较强的量子性导致的。实验和理论均表明这一相的晶体结构为六角闭包h.c.p结构，且具有多体平移对称性[7,10]。当压力上升，氢会发生相变进入相Ⅱ,由于分子间相互作用的增强使得分子旋转对称性被打破，因此这一相也称为对称破缺相[11]。当压力增加到150GPa，氢分子将再次经历相转变进入相Ⅲ，分子的定向性进一步增强[12]。这一相的热力学稳定性被实验证实可达300GPa的压力和300K

第二章量子蒙特卡罗方法15可以说VMC是一个即简单又优雅的方法。因为其中使用的试探波函数没有严格的限制，而且不涉及费米符号问题。然而，即使基本物理原理被很好的理解了，为两个不同体系准备同等精确的试探波函数也是非常困难的，因此对他们之间能量差的估计将会是不准确的。所以在实际应用中我们主要使用这种方法来优化试探波函数中的变分参数，来获得更合理实用的试探波函数。变分蒙特卡罗算法的流程图如下：图2.1变分蒙特卡罗算法流程图

【参考文献】：
期刊论文
[1]Variational and diffusion Monte Carlo simulations of a hydrogen molecular ion in a spherical box[J]. 肖学会,包括,王友春,谢慧,段德芳,田夫波,崔田.  Chinese Physics B. 2019(05)

硕士论文
[1]强磁场中氢分子离子能级研究[D]. 王英霞.中国石油大学 2007



本文编号：2940363