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稠密氫的深度變分自由能方法獲新進(jìn)展

[所屬分類:行業(yè)動態(tài)] [發(fā)布時間:2023-10-7] [發(fā)布人:邵玉倩] [閱讀次數(shù):] [返回]
稠密氫的深度變分自由能方法獲新進(jìn)展
來源:中國科學(xué)院物理研究所
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
氫是宇宙中最豐富的元素,也是元素周期表中最簡單的元素。在常溫常壓下,氫以氣態(tài)分子的形式存在。然而,在一些極端的條件下,例如巨行星內(nèi)核、聚變實驗中,稠密的氫(或其同位素)表現(xiàn)出更加豐富的相圖,其中可能包含原子液體、金屬氫、高溫超導(dǎo)、液態(tài)超導(dǎo)等。稠密氫中包含等量的質(zhì)子和電子,是一個簡單干凈的量子多體系統(tǒng)。因此,是否能夠精確地預(yù)測稠密氫的相圖和狀態(tài)方程,是發(fā)展第一性原理計算方法的試金石。
最近,中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心凝聚態(tài)理論與計算重點實驗室T02組博士研究生謝浩、李子航和王磊研究員,與北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所的王涵研究員、深勢科技/北京科學(xué)智能研究院的張林峰博士合作,發(fā)展了一套基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的變分自由能計算方法,并成功應(yīng)用于處在原子液體相的稠密氫體系。 此方法使用一套正則化流模型表示質(zhì)子的玻爾茲曼分布、一套費(fèi)米子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表示給定質(zhì)子構(gòu)型時的多電子波函數(shù),通過聯(lián)合變分優(yōu)化兩套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來最小化體系的自由能,從而計算狀態(tài)方程。
和傳統(tǒng)的計算方法相比,該方法充分利用了近年來深度生成模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)波函數(shù)的進(jìn)展:在保證結(jié)果準(zhǔn)確可靠的同時,可以直接估計體系的熱力學(xué)熵,對于行星建模等應(yīng)用非常便利。通過合適的擴(kuò)展,深度變分自由能方法還能夠處理電子有限溫效應(yīng)以及核量子效應(yīng),從而應(yīng)用于稠密氫相圖的其他區(qū)域,給出關(guān)于這一基本物質(zhì)狀態(tài)的全面認(rèn)識。
該工作近期發(fā)表于物理評論快報Phys. Rev. Lett. 131, 126501 (2023),文章鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.126501。研究工作得到了中科院先導(dǎo)項目(Grants No. XDB0500000, XDB30000000)和國家自然科學(xué)基金項目(Grants No. 92270107,12188101, 12122103,T2225018,T2121001)的支持。
可參考王磊在加拿大圓周理論物理研究所的報告https://pirsa.org/23060041和開源程序?qū)崿F(xiàn)https://github.com/fermiflow/hydrogen進(jìn)一步了解此工作。
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