温稠密碳氢化合物的第一性原理状态方程与冲击压缩预测

我们使用路径积分蒙特卡洛和密度泛函分子动力学，构建了一系列不同C:H比（2:1, 1:1, 2:3, 1:2, 和 1:4）的碳氢化合物材料在$0.07-22.4$ g/cm$^{3}$和$6.7\times10^3-1.29\times10^8$ K范围内的连贯状态方程集。为每种材料推导的冲击Hugoniot曲线显示出对应于$K$壳层电离的单一压缩最大值。对于C:H=1:1，压缩最大值出现在初始密度的4.7倍处，并且我们显示辐射效应在2 Gbar以上显著增加冲击压缩比，超过相对论效应。Hugoniot曲线的单峰结构不同于先前关于更高$Z$等离子体的工作，后者表现出对应于$K$和$L$壳层电离的双峰结构。对电子态密度的分析表明，Hugoniot结构的变化是由于碳中$L$壳层本征态的合并，而对于更高$Z$元素它们保持分离。最后，我们表明碳和氢状态方程的等压-等温线性混合规则是一个合理的近似，在恒星核心条件下误差优于1%。