НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
О характере проводимости молекулярного кристаллического водорода при высоких давлениях

СПИСОК АВТОРОВ:
Саитов И.М.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Саитов Ильнур Миннигазыевич

DOI:
https://doi.org/10.33849/2023309

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
14 ноября 2023 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
11

ГОД:
2023

СТРАНИЦЫ:
34-39

РУБРИКА:
Экстремальные состояния вещества

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
Кристаллический водород, теория функционала плотности, зонная структура, высокие давления

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 539.21

АННОТАЦИЯ:
Метод квантовой молекулярной динамики в рамках теории функционала плотности используется для анализа структурных и электронных свойств кристаллического молекулярного водорода при температуре 100~К. Рассчитаны давление, парная корреляционная функция и зонная структура. Переход молекулярного кристаллического водорода из состояния полупроводника в полуметаллическое и металлическое состояния наблюдается при сжатии в диапазоне давлений 302--626 ГПа. Рассматриваются две структуры: моноклинная решетка с симметрией C2/c и ромбическая решетка с симметрией Cmca. В диапазоне давлений 361--527~ГПа зонная структура моноклинной решетки С2/с имеет характерный полуметаллический профиль с частично незаполненной валентной зоной и частично заполненной зоной проводимости. При давлениях выше 544~ГПа образуется ромбическая структура с симметрией Cmca. При этом более чем на два порядка уменьшается величина прямой щели, что указывает на металлический характер проводимости структуры Cmca.

TITLE:
On the nature of the conductivity of molecular crystalline hydrogen at high pressures

AUTHORS:
Saitov I.M.

KEYWORDS:
Crystalline hydrogen, density functional theory, band structure, high pressures

ABSTRACT:
Ab initio molecular dynamic method within the framework of density functional theory is applied to analyze the structural and electronic properties of crystalline molecular hydrogen at temperature 100\,K. Pressure, pair correlation function and band structure are calculated. The crossover of molecular crystalline hydrogen from the state of a semiconductor to a semimetallic and metallic state is observed upon compression in the pressure range of 302-626\,GPa. At pressures below 361\,GPa, the molecular crystal with the C2/c structure is a semiconductor with an indirect gap. In the pressure range 361 - 527\,GPa, band structure of the monoclinic C2/c lattice has a characteristic semimetalic profile with partially unoccupied valence band and partially occupied conduction band. When compressed to pressures above 544\,GPa, the structure changes from monoclinic C2/c to orthorhombic Cmca, accompanied by a sharp decrease (by more than two orders of magnitude) in the value of the direct gap, which is an indication of the metallic conductivity of the resulting structure.