[发明专利]计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法

权利要求书

1.一种计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，对含有N_e个带负电粒子、N_i个带正电粒子且体积为V的系统，构建其配分函数Z，以下式1表示：

上式1中，β＝1/k_BT，k_B是玻耳兹曼常数，T是系统温度，是带正电粒子坐标，是带负电粒子坐标，表示带负电粒子的自旋态，ρ是密度矩阵；

其特征在于，所述ρ的正负由交换矩阵的行列式决定，下标s表示具有相同自旋投影的带负电粒子数，该交换矩阵的矩阵元以下式2表示：

上式2中，n表示带负电粒子用虚时坐标(β)中n+1个节点组成的闭合路径来描述，j,k为正整数，λ_e是带负电粒子的热波长，其由确定，是普朗克常数，m_e是带负电粒子的质量，是无量纲的随机变量；λ_Δ是Δβ对应温度下所述带负电粒子的热波长，其由确定；Δβ＝β/(+1)，表示相邻节点间的虚时间隔。

2.根据权利要求1所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，所述带负电粒子为电子，所述带正电粒子为离子并将所述离子视为经典粒子，所述系统为等离子体系统。

3.根据权利要求2所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，所述密度矩阵ρ以下式3表示：

上式3中，λ_i是所述带正电粒子的热波长，其由确定，m_i是所述带正电粒子的质量。

4.根据权利要求3所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，所述ρ_s(q，[r]，β)以下式4表示：

上式4中，表示二项式系数，Uⁱⁱ表示所述带正电粒子之间两体相互作用势之和，其与节点l无关，分别表示l节点的所述带负电粒子之间以及所述带负电粒子与所述带正电粒子之间的两体相互作用势之和，其中[r]≡[r,r+λ_Δξ⁽¹⁾,r+λ_Δ(ξ⁽¹⁾+ξ⁽²⁾),…]，表示同一个路径中相邻节点之间的位移；是来自于自由粒子的密度矩阵。

5.根据权利要求1-4中任一所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，所述n+1以下式5表示：

上式5中，β的单位采用1/Ry，n_e是所述带负电粒子数密度，n_e和的单位保持一致，ε是密度矩阵ρ的收敛误差。

6.根据权利要求5所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，在计算所述n+1时，包括：

将质量密度ρ_m和所述系统温度T作为输入参数；

由所述系统温度T计算所述β，进而由所述β计算所述λ_e；

由所述质量密度ρ_m计算所述n_e，表示为n_e＝N_Aρ_m/M，其中N_A是阿伏伽德罗常数，M是摩尔质量。

7.根据权利要求6所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，取所述n+1的最小值为5。

8.根据权利要求1-6中任一所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述带负电粒子与所述带正电粒子之间的两体相互作用势采用Kelbg势表示；

上式7中，是误差函数，e_j和e_k是粒子电荷，是约化质量，m_j和m_k是粒子质量。

9.根据权利要求8所述的计算温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡洛方法，其特征在于，在计算所述时，在坐标轴的x、y、z三个方向分别计算的三个分量、dy、dz；其中，在x方向上，若|dx|0.5L_x，则将dx加上或减去L_x，使得|dx|≤0.5L_x，L_x是MC模拟超胞在x方向的边长；在y、z方向上采用与x方向相同的方式计算所述dy与所述dz；然后，得到