研究超离子态冰的热输运对理解冰行星的热演化、构建行星模型十分重要。传统晶格动力学与经验势函数分子动力学方法不适用于超离子态体系。本文采用深度势能分子动力学方法，克服了现有方法的短板，准确描述了极端条件下具有动态质子扩散的超离子态冰的动力学，计算了高温高压下超离子态冰的热导率，发现了超离子态相变前后热导率的非单调温度依赖性，揭示了超离子态相变后声子软化、质子扩散增强等导致的热传导与热对流竞争机制。

作为地球和宇宙中最丰富的物质之一，冰/水一直以来是科学研究的热点。在行星内部，温度达到数千K、压强达到数十GPa，冰会呈现一种有趣的相——超离子态，其特点是氢离子/质子可在氧晶格中自由扩散。超离子态冰的热输运性质对理解冰行星的热演化、构建行星模型十分重要，但现有研究多关注其相变过程与质子动力学，热输运方面鲜有报道。目前的热测量实验无法达到如此极端的高温高压条件。在模拟计算方面，质子的动力学特性使得传统玻尔兹曼输运方程方法不再适用，而第一性原理分子动力学计算成本极为昂贵，经验势函数无法准确描述极端条件、复杂原子环境下的原子间势能面。巨大的技术挑战使得超离子态冰的热输运研究长期以来一直是空白。

图1：沿30 GPa等压线、不同温度下冰的原子轨迹与热导率。(a) 冰VII相和超离子态VII"相的原子轨迹。氧原子和氢原子分别用橙色和蓝色标记。青色标记的是氢原子从与相邻氧原子间形成的成键状态逐渐转变为在不同氧原子间扩散的超离子态。(b) 热导率随温度呈现非单调的变化趋势。灰色的垂直虚线为VII-VII"相边界。

图2：热对流机理。左图中，(a) 热导率中热对流贡献在超离子态相边界附近随温度升高急剧增大。(b) 氢原子扩散系数增大两个数量级，Arrhenius模型得到的质子扩散激活能在超离子态相变后显著减小。右图中，氢原子的归一化动态结构因子随温度升高而展宽，且变化幅度远比氧原子显著，表明氢原子的热扩散显著增强。

图3：热传导机理。(a) 热导率中热传导贡献随温度升高而减小，在超离子态相变处发生突变。(b) 频谱能量密度结果表明，随温度升高，振动能量峰展宽、声子软化，对应声子寿命和群速度减小。红色和蓝色虚线分别表示纵向和横向声学支在布里渊区中心附近的群速度。超离子态相变使得横向声子支呈现显著软化。

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