石墨中的分子氢：路径积分模拟

通过路径积分分子动力学模拟研究了石墨体相中的分子氢。分析了在300至900 K温度范围内吸附于石墨层间的H$_2$分子的有限温度性质。原子间相互作用采用拟合至密度泛函计算的紧束缚势进行建模。在能量最低位置，H$_2$分子被发现平行于片层平面排列。在有限温度下，分子探索其他取向，但其旋转受到相邻石墨层的部分阻碍。基于原子位移关联的线性响应方法获得了振动频率。对于分子的伸缩振动，我们在300 K下得到频率 $\omega_s = 3916\ \text{cm}^{-1}$，比孤立H$_2$分子对应的频率低超过100 cm$^{-1}$。通过同时考虑氘和氚分子研究了同位素效应。对于石墨中的D$_2$，我们得到 $\omega_s = 2816\ \text{cm}^{-1}$，即同位素比 $\omega_s(\text{H}) / \omega_s(\text{D}) = 1.39$。