論文の概要: Revisiting the Broken Symmetry Phase of Solid Hydrogen: A Neural Network Variational Monte Carlo Study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.17703v1
• Date: Fri, 19 Dec 2025 15:36:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-22 19:25:54.464875
• Title: Revisiting the Broken Symmetry Phase of Solid Hydrogen: A Neural Network Variational Monte Carlo Study
• Title（参考訳）: 固体水素の崩壊対称性相の再検討:ニューラルネットワーク変分モンテカルロ法による研究
• Authors: Shengdu Chai, Chen Lin, Xinyang Dong, Yuqiang Li, Wanli Ouyang, Lei Wang, X. C. Xie,
• Abstract要約: 我々は130GPa付近で観測された対称性の破れさえも、電子と核の自由度の複雑な結合のために再検討が必要であることを示した。 計算の結果,空間群対称性が$Cmcm$の破壊対称性の非報告基底状態構造候補が明らかとなった。 これらの結果は高圧水素の相図に新たな光を当て、さらなる実験的な検証を呼び起こした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.40832340604796
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The crystal structure of high-pressure solid hydrogen remains a fundamental open problem. Although the research frontier has mostly shifted toward ultra-high pressure phases above 400 GPa, we show that even the broken symmetry phase observed around 130~GPa requires revisiting due to its intricate coupling of electronic and nuclear degrees of freedom. Here, we develop a first principle quantum Monte Carlo framework based on a deep neural network wave function that treats both electrons and nuclei quantum mechanically within the constant pressure ensemble. Our calculations reveal an unreported ground-state structure candidate for the broken symmetry phase with $Cmcm$ space group symmetry, and we test its stability up to 96 atoms. The predicted structure quantitatively matches the experimental equation of state and X-ray diffraction patterns. Furthermore, our group-theoretical analysis shows that the $Cmcm$ structure is compatible with existing Raman and infrared spectroscopic data. Crucially, static density functional theory calculation reveals the $Cmcm$ structure as a dynamically unstable saddle point on the Born-Oppenheimer potential energy surface, demonstrating that a full quantum many-body treatment of the problem is necessary. These results shed new light on the phase diagram of high-pressure hydrogen and call for further experimental verifications.
• Abstract（参考訳）: 高圧固体水素の結晶構造は根本的未解決問題である。 研究フロンティアは、主に400 GPa以上の超高圧相に移行しているが、130~GPa付近で観測された対称性の破れでさえ、電子と核の自由度の複雑な結合のために再検討が必要であることを示す。 本稿では、電子と量子の両方を定圧アンサンブル内で機械的に扱うディープニューラルネットワーク波動関数に基づく第一原理量子モンテカルロフレームワークを開発する。 計算の結果, 崩壊した対称性の非報告基底状態構造候補を, 空間群対称性$Cmcm$で示し, その安定性を96原子まで検証した。 予測された構造は、状態方程式とX線回折パターンとを定量的に一致させる。 さらに, グループ理論解析により, 既存のラマン分光法と赤外分光法との整合性を示した。 重要なことに、静的密度汎関数理論の計算では、ボルン・オッペンハイマーポテンシャルエネルギー表面上の動的に不安定なサドル点として$Cmcm$の構造が示され、この問題の完全な量子多体処理が必要であることが示されている。 これらの結果は高圧水素の相図に新たな光を当て、さらなる実験的な検証を呼び起こした。

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