基于第一性原理计算机模拟推导热稠密镁的状态方程

利用两种第一性原理计算机模拟技术——路径积分蒙特卡洛和密度泛函理论分子动力学，我们推导了温稠密物质状态下镁的状态方程，密度范围从 0.43 到 86.11~g/cm$^3$，温度从 20,000 K 到 $5\times10^8$~K。这些条件与巨行星和恒星内部以及冲击压缩测量和惯性约束聚变实验相关。我们研究了镁随密度和温度变化的电离机制和电子结构。我们发现 L 壳层电子 2s 和 2p 能带在高密度下合并，这导致 L 壳层随密度和温度升高而逐渐电离。在这方面，Mg 不同于 MgO，这也反映在其主冲击 Hugoniot 曲线形状上。对于 Mg，我们预测了一个单一宽泛的压力-温度区域，其中冲击压缩比约为 4.9。因此 Mg 不同于 Si 和 Al 等离子体，后者在 L 和 K 壳层电离的 Hugoniot 曲线上表现出两个明显分离的压缩极大值。最后我们研究了多重冲击以及预热和预压缩的效应。