超压缩氦中激子绝缘体到超导体的相变

氦是宇宙中第二丰富的元素，在低压（$\le 0.1$ GPa）下表现出约 $20$ eV 的极大电子带隙。尽管 hcp 氦的金属化压力已被准确预测，但迄今为止，在太帕斯卡量级（1 TPa $= 1,000$ GPa）下驱动这种量子晶体带隙闭合及电子性质的具体机制鲜受关注。在此，我们采用最先进的密度泛函理论与多体微扰理论计算来填补这一知识空白。研究发现，在达到金属化之前，体相固态氦会变成激子绝缘体（EI），这是一种通常在低维系统中观察到的奇异物质状态，其中静电束缚的电子-空穴对自发形成。此外，结果表明，在 EI 到金属相的转变过程中，电子-声子耦合（EPC）得到显著增强，这可由显著的声子软化以及在特定倒易空间点估算的巨大 EPC 强度值（$\lambda \sim 10-100$）所证明。因此，我们预测金属氦为超导体，其在 $20$ TPa 时的临界温度约为 $30$ K，在 $100$ TPa 时的临界温度约为 $100$ K。这些 unforeseen 现象对金属氦的弹性、热力学和输运性质具有重要影响，因而可能对于增进我们对天体的基本理解与建模至关重要。