研究行星內(nèi)部的構(gòu)造和材料成分一直是高壓科學(xué)的焦點(diǎn)課題。近年來,有關(guān)天王星和海王星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)模型和反常磁場起源問題取得了重要進(jìn)展:三層結(jié)構(gòu)模型被提出,用來劃分其內(nèi)部的材料成分;薄層導(dǎo)電流體層模型被成功用于解釋天王星和海王星的反常磁場。然而,三層結(jié)構(gòu)模型內(nèi)部材料成分的存在形式,以及產(chǎn)生反常磁場的薄層導(dǎo)電流體是何種物質(zhì)仍是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本論文針對(duì)上述科學(xué)問題,利用晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法和第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬,從天王星和海王星內(nèi)部的化學(xué)成分入手,選取了H-O體系作為研究對(duì)象,開展了其在高壓下的結(jié)構(gòu)和物性研究,獲得了如下創(chuàng)新性成果:1.利用課題組自主開發(fā)的卡里普索晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測方法與軟件,開展了氫-氧體系在高壓下的晶體結(jié)構(gòu)搜索,發(fā)現(xiàn)了反�；瘜W(xué)計(jì)量配比的H3O高壓相。進(jìn)一步計(jì)算表明H3O在天王星和海王星內(nèi)部壓力條件下熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)都穩(wěn)定。這一結(jié)果豐富了天王星和海王星內(nèi)部的化學(xué)組分。H3O的晶體結(jié)構(gòu)為H-O形成骨架,骨架間隙處存在氫分子。零點(diǎn)能計(jì)算表明間隙處的氫分子即使在0 K下也能通過零點(diǎn)振動(dòng)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。2.利用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬,揭示了H3O隨溫度升高從固相到超離子相,再到流體相的轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
內(nèi)容提要
abstract
第一章 緒論
    1.1 高壓科學(xué)的研究意義
    1.2 冰巨星
    1.3 天王星和海王星的磁場
        1.3.1 磁場的發(fā)現(xiàn)
        1.3.2 研究現(xiàn)狀
    1.4 天王星和海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及研究現(xiàn)狀
    1.5 亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題
    1.6 論文選題目的和意義
第二章 研究方法
    2.1 晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測
        2.1.1 局域優(yōu)化簡化勢能面
        2.1.2 粒子群優(yōu)化算法
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交換關(guān)聯(lián)泛函
        2.2.4 平面波贗勢方法
    2.3 聲子計(jì)算方法
        2.3.1 零點(diǎn)振動(dòng)能
        2.3.2 準(zhǔn)簡諧近似
    2.4 分子動(dòng)力學(xué)方法
        2.4.1 經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)
        2.4.2 第一性原理分子動(dòng)力學(xué)
    2.5 第一性原理方法計(jì)算電子電導(dǎo)率
        2.5.1 玻爾茲曼輸運(yùn)理論
        2.5.2 Kubo-Greenwood公式
第三章 H_3O在高壓下的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)
    3.1 背景介紹
    3.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
    3.3 結(jié)果與討論
    3.4 本章小結(jié)
第四章 H_3O在行星內(nèi)部的存在形式及其對(duì)天王星和海王星磁場的影響
    4.1 背景介紹
    4.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
    4.3 結(jié)果與討論
    4.4 本章小結(jié)
第五章 H_3O與金剛石的混合物在天王星和海王星內(nèi)部的存在形式
    5.1 背景介紹
    5.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
    5.3 結(jié)果與討論
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介
攻讀研究生期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國動(dòng)高壓物理應(yīng)用于地球科學(xué)的研究進(jìn)展[J]. 龔自正,謝鴻森,FEI Ying-Wei.  高壓物理學(xué)報(bào). 2013(02)



本文編號(hào)：3639106