温稠密物质状态是介于凝聚态和理想等离子体之间的物质状态，其密度范围从通常固体密度到极高密度(甚至上千倍固体密度)，温度从几万度原子电离开始一直到费米温度(与密度的2/3次方成正比)。地球、土星、木星等行星以及太阳等其他天体的内核部分都处于温稠密状态。此外，温稠密物质也是惯性约束聚变、实验室天体物理等科研领域的重要研究对象。近年来，随着实验技术的飞速发展，尤其是高功率激光器、Z箍缩装置、自由电子激光器和重离子加速器的出现，温稠密物质在实验室条件下已经能够比较容易地产生。因而，温稠密物质性质的研究受到广泛的关注。
扫描高温计、X射线吸收谱、X射线汤姆逊散射(XRTS)谱等实验诊断工具是探索温稠密物质性质的有力工具。其中，XRTS谱对温稠密物质温度、密度、电离度等参数的诊断格外重要，实验上需要通过比对测量所得的谱线和理论结果，来确定温稠密物质的温度、密度、电离度等物性参数。因此，理论建模的准确性和有效性决定了XRTS谱方法能否定量刻画温稠密物质性质。
北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物质性质研究团队康炜副教授、贺贤土院士、张平研究员带领中心博士生莫崇杰找到了一个采用含时密度泛函理论(TDDFT)微扰形式计算温稠密物质XRTS谱的第一性原理方法，并首次应用于电子温度的预测。该方法抛弃了传统上不精确的茅原分解模型，通过TDDFT的微扰形式，直接预测温稠密物质的XRTS谱。
采用该方法，他们发现在X射线自由电子激光（XFEL）等容加热铝箔的实验中，XRTS结果与室温下单晶铝的X射线非弹性散射实验结果非常类似，由此判断电子的温度要大大低于以前人们的预期。理论上给出最可能的电子温度为几千开尔文，确定了上限在20,000开尔文左右。说明XFEL对样品的加热效应比预期的要小，这对采用自由电子激光作为探针研究物质结构和化学反应过程来说无疑是一个好消息。
该工作发表于Physical review letters [Phys. Rev. Lett. 120, 205002 (2018)]。这项工作得到了科学挑战计划、国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院“NSAF”联合基金、国家自然科学基金和NSFC-广东联合基金项目(第二期)的大力支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205002
编辑：白杨
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