稠密碳氢等离子体的路径积分蒙特卡罗模拟

碳氢等离子体和碳氢化合物材料引起了激光冲击实验物理学家、高能量密度物理学家和天体物理学家的广泛兴趣。从惯性约束聚变（ICF）到行星科学，碳氢化合物的准确状态方程（EOS）对各种研究都很有价值。通过结合高温下的路径积分蒙特卡罗（PIMC）结果和低温下的密度泛函理论分子动力学（DFT-MD）结果，我们计算了分布在一系列成分范围内的 1473 个独立 ($\rho,T$) 点上的碳氢化合物 EOS。这些方法精确处理了电子激发和多体相互作用效应，因此在温稠密物质区域提供了超越半经验和基于 Thomas-Fermi 方法的基准级 EOS。通过将我们的第一性原理 EOS 与 CH 的 LEOS 5112 模型进行比较，我们验证了该模型中的比热假设，但指出在低温下 Grueneisen 参数过大。基于我们的第一性原理 EOS，我们预测聚苯乙烯的 Hugoniot 曲线在最大压缩处比无轨道 DFT 和 SESAME 7593 预测的软 2-5%。通过研究原子结构和化学键，我们发现在 0.4-4 兆巴的压力区间内化学键的寿命急剧下降。我们发现，线性混合假设对于描述所考虑的稠密、部分电离碳氢化合物的 EOS 和冲击 Hugoniot 曲线是有效的。我们对辉光放电聚合物的冲击压缩进行了预测，并研究了氧含量和 C:H 比对其 Hugoniot 曲线的影响。我们全套的第一性原理模拟结果可用于为未来与碳氢化合物 EOS 相关的理论研究提供基准，并应有助于指导未来吉巴实验的设计。