▲第一作者：Bingqing Cheng；通讯作者：Bingqing Cheng
通讯单位：剑桥大学
DOI：10.1038/s41586-020-2677-y
背景介绍
氢是宇宙中最简单和最丰富的元素，在压缩时会表现出极为复杂的行为。自从Wigner在一个世纪前就预测兆帕压力下固态氢的解离和金属化以来，前人已经做出了许多努力来解释致密氢的许多不寻常特性：包括丰富而鲜为人知的固态多态性，异常熔解线和可能具有超导性质（对于关于固化氢在超导方面的应用一直以来都是理论计算的热点，其中最具有代表性的就是H2S和LaH10的通过理论预测出来超导性质，然后实验验证）。在这种极端条件下进行的实验具有挑战性，通常会导致难以解释和有争议的观察结果，而理论研究受到量子力学足够精确的计算巨大计算成本的限制。
本文亮点
1. 本文作者利用机器学习从参考计算中“学习”势能表面和原子间力，然后以较低的计算成本进行预测，克服了长度和时间尺度上的限制，对致密氢的相图进行了理论研究。
2. 本文作者使用基于机器学习的势函数进行的模拟，为液体氢中分子到原子的连续跃迁提供了证据，因为在熔解线上方未观察到一阶跃迁。这个结果揭示了巨型气体行星的绝缘层和金属层之间可以平滑过渡，也可以调和实验之间的现有差异，作为超临界行为的证据。
图文解析
▲图1. 通过基于PBE的密度泛函的MLP（machine-learning potentials，机器学习势函数）预测高压下氢的热力学性质。
要点： a、 黑色曲线是预测的固液共存线，误差线表示滞后的上限和下限； 紫色和橙色点分别表示在不同压力下的密度（ρ）和摩尔热容（CP）最大值；绿色虚线和点画线分别是多态溶液模型预测的原子和分子流体的共存线和相分离线；两条绿色曲线（以绿色星号标记）之间的交点是预测的液-液转变临界点的位置； 图中还有前人的实验结果。b、紫色曲线表示密度等压线；橙色曲线表示在不同压力下的摩尔热容；阴影区域表示固相稳定的条件对应于图a中所示的固液共存线；误差棒表示统计不确定性。c、在每个给定压力下（黑线），显示具有最低焓的固态氢的晶体结构、空间群和原胞大小。
▲图2. 多态溶液模型与高压氢系统的拟合
要点：a、图中的点表示计算的吉布斯自由能分布g(x)作为分子分数阶参数的函数，结果来自于八组元动力学模拟。独立的平滑曲线是对多态溶液模型的拟合，分别对应于在T = 600、800、900、1000、1200、1500、1700、2000、2500和3000 K时获得的结果，并用红色阴影（从暗到亮）绘制。 正如计算预测揭示的一样，随着温度的升高，g（x）的最小值移至较低的分子分数。b、图中的点代表对溶液模型Δg= gm-ga的拟合。c、图中的点是在不同压力和温度下通过将g（x）拟合到溶液模型而获得的ω的各个值，曲线与这些值拟合。绿色虚线对应于ω= 2T的相分离线，而虚线对应于Δg= 0，即共存线。 图中误差棒是从八组模拟的平均值误差中估算出来的。
原文链接：
https://www.nature/articles/s41586-020-2677-y
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