本文基于量子力学理论和从头算自洽场方法，通过研究高压凝聚态氦中原子多体相互作用对体系总势能的贡献，在比较宽的温度和压缩范围内给出了氦的高温高压状态方程，并从理论上揭示出原子间等效对势函数与温度和压力之间的依赖关系。主要在以下四方面开展了工作： （1） 将原子团簇理论及多体展开方法运用到固氦晶体情形，研究各级多体相互作用对晶格结合能及压缩特性的贡献。文中采用量子化学从头自洽场计算方法研究了不同压缩密度下单个原子势能的多体展开式的收敛性及截断误差，并采用晶格结合能的多体展开表示式计算了固氦的零温状态方程。本文计算结果表明，当最近邻原子间距(R_O-N)在2.7～1.6之间取值，具有hcp相结构的晶格中，氦原子势能的多体展开式是一收敛的交错型级数，该级数中两体项、四体项、六体项为正值，而三体项、五体项为负值。在给定最近邻原子间距处，各级多体项的数值随着级次的升高而减小。当R_O-N在2.7～2.3之间取值时，仅保留级数中两体和三体项就能很好地描述晶体的结合能；当R_O-N在2.3～2.0之间取值，必须考虑四体项；R_O-N在2.0～1.7之间取值，还须考虑五体项，甚至当R_O-N在1.7～1.6取值时，除了四体项、五体项以外，六体项的贡献也比较重要。在更高压缩状态下，六体以上多体效应还不能忽略。采用晶格结合能的多体展开式方法，本文对固氦已有等温压缩数据给出了圆满解释，并预言了更高压缩范围的压缩特性。结果表明，在～5GPa以下，考虑到三体势的负压贡献，理论压缩曲线与实验结果具有很好的一致性；在5～25GPa的压缩区，必须考虑四体效应之后，理论计算结果才能与实验数据相符；在～25GPa以上五体势的贡献突出，考虑到五体势的贡献能够完全解释固氦目前已有静高压实验数据；考虑到六体势的贡献，本文给出了1～180GPa范围内固氦的等温压缩曲线。 （2） 将多体展开方法推广到fcc、bcc晶格以及因温度引起的随机原子分布情形，计算单个原子势能，并验证了多体展式的收敛性。结合双原子势能函数，证明了单原子对体系总势能贡献分量的计算公式E（O）=1/2[β²U₂（O）+（1-β²）V_n（O）]，对于高压氦体系，其中待定参数β的取值约0.5。该公式揭示出，在考虑多体作用的情形下原子间两体势能、单原子势能、以及单原子对体系总势能的贡献三者之间存在简单的定量联系。第日页西南交通大学博士研究生学位论文 （3）本文提出了一种半经验的从头算分子动力学模拟方法，可以根据体系密度、 温度自动考虑局部原子间电子密度变化及原子间多体屏蔽效应对等效对势函数的影响，给出了300一2100oK，x.744一7.scm3zmol较宽温度密度范围氦的状态方程。本文得到的300K的等温压缩曲线的计算结果与已有实验数据之间具有很好的一致性。对于900K等温线，本文的计算值在3 .ocm3/mol时较exp一6势计算值高7%，表明exp一6势偏软。本文还在较宽温度密度范围给出了体系的定容比热C。（V）和Gr位neisen系数厂（V，T）。 （4）研究温度和密度对原子等效对势函数中势参数取值的影响。本文成功地在传统的量子化学计算程序与经典分子动力学模拟程序之间建立起一种动态连接。在给定密度和温度状态下，通过抽样方法获得一定数量的原子空间分布构型，利用从头计算技术将原子间等效对势中的参数取值与这些局部构型关联起来，从而合理地考虑了该状态下的原子间多体效应。本文的研究表明，等效对势对密度和温度的依赖性比较明显。在给定温度前提下进行比较发现，密度越大体系中等效对势越软。在给定密度下存在一条特定的势参数（A、a）随温度变化曲线，固相和流体相所对应的势参数变化曲线明显不同。对于固相，温度升高势参数 （A、a）的值同时变大;对于流体相温度升高（A、“）的值同时变小。更有趣的是，这两条曲线会在某温度下相交。本文研究进一步证实，在凝聚态条件下，原子间等效对势函数只是描述原子间复杂相互作用的一种近似方法，它本质上不具有基本的独立不变性，而与体系所处的状态密切相关。因此，由本文揭示出的有关原子等效对势函数随体系温度和密度的变化特点，从很大程度上改变了对原子间对势函数概念的认识。关键词:从头计算，状态方程，多体相互作用，分子动力学模拟， 对势