Нелокальний псевдопотенціал і термодинаміка металічного гелію
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.11.790Ключові слова:
металiзацiя гелiю, псевдопотенцiал електрон-iонної взаємодiї, внутрiшня енергiя металiчного гелiю, вiльна енергiя металiчного гелiю, рiвняння стану металiчного гелiюАнотація
Дослiдженi термодинамiчнi властивостi рiдкого металiчного гелiю в другому порядку теорiї збурень за псевдопотенцiалом електрон-iонної взаємодiї. При цьому використано псевдопотенцiал, знайдений з перших принципiв. Цей псевдопотенцiал є нелокальним i нелiнiйним. Нелокальнiсть псевдопотенцiалу приводить до того, що у розвиненнi внутрiшньої енергiї, вiльної енергiї i тиску рiдкого металiчного гелiю в ряд за псевдопотенцiалом присутнiй член першого порядку. Його дiагональний матричний елемент виявляється того ж порядку величини, що i член нульового порядку. В результатi цей член дає важливий внесок у внутрiшню i вiльну енергiю, а залежнiсть їх вiд густини i температури стає суттєвiшою. Вiдповiдно зростає i тиск, при якому може реалiзовуватись рiдка металiчна фаза гелiю. Цей тиск на порядок перевищує вiдповiдний тиск у металiчному воднi i на сьогоднi є недосяжним на експериментi. Аналiз ентропiї дозволив з’ясувати область iснування рiдкої металiчної фази i з’ясувати умови її кристалiзацiї. Порiвняння з густинами, тисками i температурами всерединi газових гiгантiв Юпiтера i Сатурна дозволило зробити висновок про те, що в центральних частинах цих планет не лише водень, а i гелiй перебувають у металiчному станi. Проте тиск в надрах планет є недостатнiм для кристалiзацiї гелiю.
Посилання
A. Harrison. Pseudopotentials in the Theory of Metals (W.A. Benjamin, Inc., 1966).
V.T. Shvets. Extremal State of the Substance. Metallization (Grin D.S., 2016) (in Ukrainian) [ISBN: 978-966-7591-59-5].
V.T. Shvets. First-principles pseudopotential and interionic interaction in metallic helium. Phys. Met. Metallogr. 122, 950 (2021).
https://doi.org/10.1134/S0031918X21100112
S.T. Weir, A.C. Mitchell, W.J. Nellis. Metallization of fluid molecular hydrogen at 140 GPa (1.4 Mbar). Phys. Rev. Lett. 76, 1860 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.76.1860
C. Narayana, H. Luo, J. Orloff, A. L. Ruoff et al. Solid hydrogen at 342 GPa: no evidence for an alkali metal. Nature 393, 46 (1998).
M.I. Eremets, I.A. Troyan. Conductive dense hydrogen. Nature Materials 10, 927 (2011).
https://doi.org/10.1038/nmat3175
M. Bastea, A.C. Mitchell, W.J. Nellis. High pressure insulator-metal transition in molecular fluid oxygen. Phys. Rev. Lett. 86, 3108 (2001).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.3108
R. Chau, A.C. Mitchell, R.W. Minich, W.J. Nellis. Metallization of fluid nitrogen and the Mott transition in highly compressed low-z fluid. Phys. Rev. Lett. 90, 245501 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.245501
E. Østgaard. Solid helium ground-state energy, pressure, compressibility and phase transition at high densities. Physica 74, 113 (1974).
https://doi.org/10.1016/0031-8914(74)90187-6
E. Østgaard. Solid helium. Ground-state energy, pressure, and phase transition at high densities. Phys. Lett. A 46, 417 (1974).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(74)90943-8
J. Eggert, P. Celliers, G. Collins, D. Hicks, S. Brygoo, P. Loubeyre, R. Jeanloz, R. McWilliams, T. Boehly. Observation of metallic helium: equation of state and transport measurements under astrophysical conditions. In: International Conference on Plasma Science, Monterey, CA, USA, 20-23 June (2005).
https://doi.org/10.1109/PLASMA.2005.359053
D.J. Stevenson. Metallic helium in massive planets. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 105, 11035 (2008).
https://doi.org/10.1073/pnas.0806430105
M. Preising, R. Redmer. Metallization of dense fluid helium from ab initio simulations. Phys. Rev. B 102, 224107 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.224107
M. Preising, R. Redmer. Nonmetal-to-metal transition in dense fluid helium. Contrib. Plasma Phys. 61 (10), 1 (2021).
https://doi.org/10.1002/ctpp.202100105
V.T. Shvets. Equation of state of metallic helium. J. Exper. Theor. Phys. 116, 159 (2013).
https://doi.org/10.1134/S1063776113010159
M. Gell-Mann, K.A. Brueckner. Correlation energy of an electron gas at high density. Phys. Rev. 106, 363 (1957).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.106.364
D.J.M. Geldart, S.H. Vosko. The screening function of an interacting electron gas. Can. J. Phys. 44, 2137 (1966).
https://doi.org/10.1139/p66-174
V.T. Shvets. Green's Function Method in the Theory of Metals (Latstar, 2002) [ISBN: 966-8028-10-4] (in Ukrainian).
V.T. Shvets. Physics of Disordered Metals (Mayak, 2007) [ISBN: 966-587-163-6] (in Ukrainian).
L.-A. McFadden, P.R. Weissman, T.V. Johnson. Encyclopedia of the Solar System (Academic Press, 2007).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
