利用量子分子动力学计算等离子体及液态金属中电子-离子温度平衡速率与摩擦系数

我们讨论一种利用量子分子动力学模拟计算双温等离子体、液态金属和热固体中电子与离子间能量交换速率的方法。该方法对各种材料和物理条件的最新结果已有报道 [J. Simoni and J. Daligault, Phys. Rev. Lett. 122, 205001 (2019)]。与其他第一性原理计算一样，该方法可与实验测量进行非常有用的比较，并允许扩展到实验未覆盖的条件。能量弛豫速率与单个离子因其与电子的非绝热相互作用所感受到的摩擦系数相关。每个系数满足由离子与电子间相互作用力的自相关函数时间积分给出的 Kubo 关系。这些 Kubo 关系使用量子分子动力学计算的输出进行求值，其中电子在有限温度密度泛函理论框架内处理。该计算存在的困难不同于电导率和热导率 Kubo 公式所遇到的困难。特别是，广泛使用的 Kubo-Greenwood 近似在此不适用。事实上，摩擦系数和能量弛豫速率在该近似中发散，因为它未正确考虑电子-离子相互作用的电子屏蔽。包含屏蔽效应使计算大为复杂。我们讨论了为处理这些复杂性以研究更广泛材料和物理条件而采用的基于物理动机的近似。