氢—氧化合物在冰巨星内部的高压物理研究

发布时间：2022-02-22 08:45

　　研究行星内部的构造和材料成分一直是高压科学的焦点课题。近年来,有关天王星和海王星内部的结构模型和反常磁场起源问题取得了重要进展:三层结构模型被提出,用来划分其内部的材料成分;薄层导电流体层模型被成功用于解释天王星和海王星的反常磁场。然而,三层结构模型内部材料成分的存在形式,以及产生反常磁场的薄层导电流体是何种物质仍是亟待解决的关键科学问题。本论文针对上述科学问题,利用晶体结构预测方法和第一性原理分子动力学模拟,从天王星和海王星内部的化学成分入手,选取了H-O体系作为研究对象,开展了其在高压下的结构和物性研究,获得了如下创新性成果:1.利用课题组自主开发的卡里普索晶体结构预测方法与软件,开展了氢-氧体系在高压下的晶体结构搜索,发现了反常化学计量配比的H3O高压相。进一步计算表明H3O在天王星和海王星内部压力条件下热力学和动力学都稳定。这一结果丰富了天王星和海王星内部的化学组分。H3O的晶体结构为H-O形成骨架,骨架间隙处存在氢分子。零点能计算表明间隙处的氢分子即使在0 K下也能通过零点振动能产生旋转。2.利用第一性原理分子动力学模拟,揭示了H3O随温度升高从固相到超离子相,再到流体相的转... 

【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】：85 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
内容提要
abstract
第一章 绪论
    1.1 高压科学的研究意义
    1.2 冰巨星
    1.3 天王星和海王星的磁场
        1.3.1 磁场的发现
        1.3.2 研究现状
    1.4 天王星和海王星的内部结构及研究现状
    1.5 亟需解决的关键科学问题
    1.6 论文选题目的和意义
第二章 研究方法
    2.1 晶体结构预测
        2.1.1 局域优化简化势能面
        2.1.2 粒子群优化算法
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交换关联泛函
        2.2.4 平面波赝势方法
    2.3 声子计算方法
        2.3.1 零点振动能
        2.3.2 准简谐近似
    2.4 分子动力学方法
        2.4.1 经典分子动力学
        2.4.2 第一性原理分子动力学
    2.5 第一性原理方法计算电子电导率
        2.5.1 玻尔兹曼输运理论
        2.5.2 Kubo-Greenwood公式
第三章 H_3O在高压下的结构及性质
    3.1 背景介绍
    3.2 计算细节
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 H_3O在行星内部的存在形式及其对天王星和海王星磁场的影响
    4.1 背景介绍
    4.2 计算细节
    4.3 结果与讨论
    4.4 本章小结
第五章 H_3O与金刚石的混合物在天王星和海王星内部的存在形式
    5.1 背景介绍
    5.2 计算细节
    5.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
作者简介
攻读研究生期间公开发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国动高压物理应用于地球科学的研究进展[J]. 龚自正,谢鸿森,FEI Ying-Wei.  高压物理学报. 2013(02)



本文编号：3639106