一份工作+交流，不用做实验就能发自然。你羡慕吗？

交流单位:剑桥大学

DOI:10.1038/s 41586-020-2677-y

氢是宇宙中最简单也是最丰富的元素，压缩时会表现出极其复杂的行为。自从Wigner在一个世纪前预言了固态氢在MPa压力下的离解和金属化，前人已经做了很多努力来解释稠密氢的许多不寻常的特性，包括丰富而鲜为人知的固态多态现象、反常的熔化线和可能的超导性质(固态氢在超导中的应用一直是理论计算的热点，其中最有代表性的是H2S和LaH10预言的超导性质，然后被实验验证)。在这种极端条件下进行的实验具有挑战性，通常会导致难以解释和有争议的观测结果，而理论研究受到量子力学巨大计算成本的限制。

1.本文作者利用机器学习从参考计算中“学习”势能面和原子间力，进而以较低的计算成本做出预测，克服了长度和时间尺度的限制，对稠密氢的相图进行了理论研究。

2.基于机器学习势函数的模拟为液氢中从分子到原子的连续转变提供了证据，因为在熔化线以上没有观察到一级转变。这一结果揭示了巨型气体行星的绝缘层和金属层之间可以存在平滑的过渡，它也可以调和实验之间现有的差异，作为超临界行为的证据。

▲图1。用基于PBE密度泛函的MLP(机器学习势)预测了高压下氢气的热力学性质。

重点:a、黑色曲线为预测的固液储存线，误差线表示滞后的上下限；紫色和橙色点分别表示不同压力下的最大密度(ρ)和摩尔热容(CP)。绿色虚线和虚线分别是多态溶液模型预测的原子和分子流体的* * *储存线和相分离线；两条绿色曲线(标有绿色星号)的交点就是预测的液-液转变临界点的位置；图中还有之前的实验结果。b、紫色曲线代表密度等压线；橙色曲线表示不同压力下的摩尔热容；阴影区域表示固相稳定的条件对应于图A所示的固液储存线；误差线代表统计不确定性。c，在每个给定的压力下(黑线)，显示焓最低的固态氢的晶体结构、空间群和原胞尺寸。

▲图二。多态溶液模型与高压氢气系统的拟合

重点:A、图中的点表示计算的吉布斯自由能分布g(x)作为分子分数参数的函数，结果来自八组分动力学模拟。独立平滑曲线是多态溶液模型的拟合，分别对应于T = 600、800、900、1000、1200、1500、1700、2000、2500和3000 K时得到的结果，用红色表示。通过计算预测，随着温度的升高，g(x)的最小值向更低的分子分数移动。b .图中的点代表解模型δ g = GM-GA的拟合。c .图中的点是将g(x)拟合到不同压力和温度下的溶液模型得到的ω值，曲线拟合到这些值。绿色虚线对应ω= 2T的分相线，虚线对应δ g = 0，即* * *存储线。图中的误差条是从八组模拟的平均误差估计出来的。

原文链接:/articles/s 41586-020-2677-y