水相图的量子力学探索
统计力学
2021-01-27 v1 材料科学
化学物理
摘要
水的相图蕴藏诸多谜团：某些相界模糊不清，且已知稳定相的集合可能并不完备。从液态水及一套全面的 50 种冰结构出发，我们在三种杂化密度泛函理论近似层级上计算相图，并考虑热涨落、核涨落以及质子无序。此类计算之所以可行，仅因我们结合了机器学习方法与先进的自由能技术。所计算的相图与实验在定性上一致，尤其在压力 8000 bar 时，且化学势的偏差与质子无序引入的微妙不确定性及三种杂化泛函间的散布相当。我们所考虑的假想冰相均无一在我们的计算中热力学稳定，表明所考察区域内实验水相图的完备性。我们的工作证明了从第一性原理预测多晶型系统相图的可行性，并提供了一种检验量子力学计算极限的热力学途径。
引用
@article{arxiv.2010.13729,
title = {Quantum-mechanical exploration of the phase diagram of water},
author = {Aleks Reinhardt and Bingqing Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13729},
year = {2021}
}