多体相互作用对高压固氦状态方程的影响

摘要

采用量子化学自洽场方法及原子团簇理论对固氦晶格原子势能进行多体展开,定量确定了最近邻原子间距R 在0.26～0.175nm 之间,短程的两体到五体相互作用对晶体结合能及压缩特性的贡献,并对不同间距下多体展开式的截断位置进行了讨论.结果表明:当最近邻原子间距R 在0.26～0.175nm 之间取值,具有hcp 相结构的晶格中,氦原子势能的多体展开式是一收敛的交错型级数,该级数中两体项、四体项为正值,而三体项、五体项为负值.当R在0.26～0.23nm 之间取值时, 仅保留级数中两体和三体项就能很好地描述晶格原子势能;当R在0.23～0.20nm 之间取值,多体展式需要展开到四体相互作用项;当R 在0.20～0.175nm 之间取值必须再加入五体项贡献.考虑到五体相互作用后,理论计算已能圆满地解释目前固氦等温压缩数据,其最大压力达60GPa.