一项关于高压下流体氢行为的研究在国际权威期刊《化学物理学杂志》上发表，该研究由莫斯科物理技术与技术学院、俄罗斯科学院高温联合研究所、俄罗斯科学院高压物理研究所、意大利拉奎拉大学和俄罗斯国立高等经济学院的科学家共同完成。研究结果显示，导电流体氢在高压下的行为类似于等离子体，这一发现对于热核聚变、超导领域的研究以及深入了解巨行星的结构具有重要意义。
长期以来，物理学家们一直致力于确定流体氢从分子相到导电(金属)相的相变性质。2020年，理论和计算研究表明，在高压条件下，氢的扩散会异常增加。然而，由于实验数据的限制以及直接从头计算的高昂成本，科学家们一直难以准确确定扩散系数和粘度系数。为了克服这一难题，研究人员决定结合机器学习和经典分子动力学方法，以获得从头计算的精度并研究大模型中氢流体的动态特性。
图 1. 左侧是所研究的氢模型的可视化，右侧上部是 Cheng 等人的作品中扩散系数对不同温度下密度的依赖关系。 2020(红色)和 Bund 等人。显示 2021(绿色)。本研究获得的结果显示在底部。在700K，800K和900K时扩散系数急剧增大，表明分子键解离，原子迁移率急剧增加。在 1100 K 时，不再观察到扩散系数的跳跃，这表明已超过临界点(用蓝色星号标记)。来源：© Nikolay Kondratyuk
在研究中，科学家们从从头算中收集了不同温度和密度下不同系统配置的能量和力，并通过主动学习模式选择预测误差最大的配置进行额外计算，以提高模型的准确性。最终，他们得到了名为DeepMD的潜力模型，该模型能够重现从头计算的结果，但速度更快。所开发的潜力模型保留了量子计算的准确性，并将大量粒子的计算速度提高了几个数量级，为科学家首次计算出了致密、加热的氢流体的粘度提供了可能。
研究结果显示，在相变过程中，氢流体的粘度显著增加，然后随着密度的进一步增加而降低。这一趋势与锂等碱金属的行为一致。此外，研究还发现，在700、800和900K温度下，扩散系数显著增加，且相应的相变密度也显著增加。这种变化与氢分子解离引起的原子迁移率增加有关。将得到的图像与密度泛函理论研究和实验数据进行了比较，结果表现出一致性，证实了模拟氢流体所开发的潜力的有效性。
莫斯科物理技术学院计算物理中心执行主任尼古拉·康德拉图克表示，他们正在开发一种想法，即高压下氢流体的粘度可以与碱性熔体的粘度表现相同，并将在未来的研究中对此进行测试。他还透露，研究团队计划进一步改进模型，考虑量子核效应，在训练样本中添加更多统计数据，计算氢同位素，并将类似的方法应用于其他含氢系统。
