离子动力学空间分布和电子动态关联对温稠密物质电子输运性质的影响

Structure and dynamical properties of warm dense matter (WDM) is not only of fundamental significance in physics, but also crucial to application fields involving laser-matter interaction, inertial confinement fusion and astrophysics. Electronic transport properties are reflexes of the electronic structure and excitation dynamics of matter, and therefore are the important physical basis of understanding the structure and dynamical properties of WDM. For the external field response of electrons in WDM, we plan to develop a theoretical model for solving the electron-ion coupled dynamics, which takes into account the electron localization and dynamic correlation. The efficient algorisms for solving time-dependent density functional theory and Ehrenfest dynamics will be established. And then, we can obtain the accurate descriptions of electronic structure of ground states and dynamics of excited states. The physical mechanism of ion dynamic distribution induced electron localization will be studied and the influence of electron localization and dynamic correlation on electronic transport properties will be investigated. We will study the dependence of electrical conductivity on external field density systematically and the physical mechanism of the electron nonlinear response will be understood. This work can be useful for design and analysis of relevant experiments in inertial confinement fusion and nuclear protection.

温稠密物质的结构和动力学性质在激光与物质相互作用、惯性约束聚变以及天体物理等领域具有重要的科学意义和应用价值，电子输运性质反映物质电子结构及激发态动力学，是理解温稠密物质结构和动力学特性的重要物理基础。本项目针对温稠密物质的外场响应问题，拟发展包含电子局域化效应和动态关联效应的电子-离子耦合动力学理论模型，开发高效的含时密度泛函和Ehrenfest动力学计算方法，对温稠密物质电子基态结构和激发态动力学演化规律进行精确刻画，建立弱场线性微扰和强场非线性响应条件下电子输运性质的统一的理论描述。深入研究离子动力学空间分布导致电子局域化的物理机制，揭示电子局域化效应和动态关联效应对电子输运性质的影响规律。系统研究电导率随场强的变化关系，获得电子非线性响应的物理图像。本项目可为惯性约束聚变和核防护等领域的实验设计和分析提供理论指导。

温稠密物质的结构和动力学性质一直是高能量密度物理领域的重大前沿课题。温稠密物质广泛存在于激光与物质相互作用、冲击压缩、爆轰过程及星体演化等物理过程中，对温稠密物质性质的研究在惯性约束聚变、高能粒子束与物质相互作用、Z箍缩、天体物理以及地球和行星科学等领域具有非常重要的科学意义和应用价值。国防科技的发展和武器装备的研制也需要我们了解和掌握温稠密物质的物理性质，所以温稠密物质的研究对国防科技和新能源技术都有重要的意义。.本项目针对温稠密物质的电子结构、激发动力学和外场响应问题，发展了包含电子局域化效应和动态关联效应的第一性原理理论方法，研究了温稠密物质中电子在不同外场加载条件下的响应特性，计算了温稠密物质电子输运性质。建立了电子-离子耦合求解的第一性原理分子动力学计算模型，对温稠密物质进行电子-离子多时间尺度计算，给出了离子热运动导致电子局域化的物理机制和影响规律。系统研究了电子量子效应和离子强耦合对温稠密物质温度弛豫速率的影响规律，探究了电子离子碰撞效应对温稠密氢的输运性质影响，同时研究了对强激光场作用下电子-离子非平衡态对温稠密物质电子结构的影响。另外，利用含时密度泛函理论研究了温稠密物质电子光跃迁过程和固体高次谐波的产生。.通过项目研究，我们从微观上掌握了温稠密物质中离子热运动和外场对电子结构的影响规律，对温稠密物质的电子基态结构及其激发态动力学演化规律有深入理解，为精确计算温稠密物质电子输运性质奠定了基础。本项目研究成果有望在惯性约束聚变、激光烧蚀、材料抗辐照等方向取得应用。在后续研究中，我们将重点关注激光能量的沉积过程、材料电声耦合等因素对强激光与物质相互作用的影响，深入研究强激光产生温稠密物质的非平衡过程，为相关领域研究提供理论支撑。.