温热致密液态氢中的热力学反常与三种不同的液-液相变

高压下氢的性质在天体物理与高压物理中有广泛意义。其液相中的相变被不同地描述为金属化、H2 解离、密度不连续或等离子体相变。人们默认这些现象在一级液-液相变（LLT）中重合。本工作中，利用第一性原理分子动力学彻底探索了相关的压力-温度条件。我们表明交换关联泛函存在很大依赖性以及显著的有限尺寸效应。我们利用若干可测量量中的滞后来证明一级相变直至一个临界点，在此之上分子液体与原子液体不可区分。在临界点以上的更高温度处，H2 解离成为超临界区域中的平滑跨接，可由伪相变建模，其中 H2-2H 转化是局域的且不在金属化处引起密度不连续。即便远在临界点之外也发现了质子的热力学反常与反直觉输运行为，使得该解离相变与木星类行星的内部动力学高度相关。在临界点以下，模拟还揭示了具有快速互变的动态 H2-2H 化学平衡，表明 H2 与 H 可混溶。所预测的临界温度远低于电离温度。我们的计算明确表明，温热致密氢的液-液相变中存在三种不同的区域。