范德华与交换相互作用在高压固态氢中的作用

我们研究了固态分子氢结构中的范德华相互作用。我们计算了焓和吉布斯自由能，分别得到零温和有限温度相图。我们采用密度泛函理论（DFT）计算电子结构，并采用带范德华（vdW）泛函的密度泛函微扰理论（DFPT）获得声子谱。我们聚焦于压力范围 200 $<$ P $<$ 450 GPa 内的固态分子 $C2/c$、$Cmca$-12、$P6_3/m$、$Cmca$ 和 $Pbcn$ 结构。我们提出了 III 相的 $C2/c$ 和 $Pbcn$ 两种结构，它们在 200 GPa 以上不同压力范围内稳定。我们发现 vdW 泛函对振动和有限温度相稳定性有很大影响，但不同的 vdW 泛函具有不同效应。我们得出结论：除 vdW 相互作用外，对高电荷梯度极限的正确处理也至关重要。我们表明，分子键长对交换关联的依赖也对计算得到的金属化压力有相当大的影响，引入高达 100 GPa 的误差。