高圧下における鉄ー軽元素混合液体の結合状態と不混和に関する第一原理分子動力学計算

高压铁-轻元素混合液成键态及不混溶性的第一性原理分子动力学计算

基本信息

批准号：
21K03705
负责人：
大村訓史
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hiroshima Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、２種類の軽元素を含む液体鉄合金の高圧下における不混和性を解明する目的で、分子動力学シミュレーションを行っている。2022年度の主要な研究成果は以下の通りである。１）2021年度の液体Fe-Si-O系に加え、2022度は液体Fe-H-O、Fe-C-O、Fe-S-O混合系に対して第一原理分子動力学シミュレーションを行い、結合状態と構造的性質を詳しく調べた。シミュレーションから得らえた動径分布関数から、これら３つの系では、Si-Oのような酸素とその他の軽元素間（H-O,C-O,S-O）に強い結合は見られない。しかし、C-C間は強い結合を示すことが分かった。また、ポピュレーション解析を行ったところ、このC-C結合はSi-O結合とは異なり、電荷にはあまり影響を与えないことも明らかとなった。さらに硫黄に関しては、硫黄の量が少ないときは斥力的な相互作用を示し、硫黄の含有量が多くなるにつれその斥力的な相互作用が弱くなるという顕著な含有量依存性を示すことが明らかとなった。２）第一原理分子動力学シミュレーションから得られた結果を教師データとして、機械学習型の原子間ポテンシャル（人工ニューラルネットワーク原子間ポテンシャル）を作成した。エネルギーに加え、圧力を教師データに加えることでSi-O、C-Cの強い結合をはじめとする静的構造をよく再現し、また平均2乗変位などの動的性質を再現するポテンシャルを作成することができた。

在这项研究中，我们进行了分子动力学模拟，以阐明含有两种轻元素的液态铁合金在高压下的不混溶性。 2022年主要研究成果如下。 1）除了2021年液态Fe-Si-O体系外，2022年还将对液态Fe-H-O、Fe-C-O和Fe-S-O混合体系进行第一性原理分子动力学模拟，研究其键合状态和结构我详细调查了属性。模拟得到的径向分布函数表明，在这三个体系中，Si-O等氧与其他轻元素（H-O、C-O、S-O）之间不存在强键。然而，发现C-C显示出很强的键合。此外，布居分析表明，与 Si-O 键不同，这种 C-C 键对电荷没有太大影响。另外，关于硫，可知当硫含量少时，表现出排斥相互作用，随着硫含量增加，排斥相互作用变弱，表现出显着的含量依赖性。 2）使用第一原理分子动力学模拟获得的结果作为训练数据，创建机器学习型原子间势（人工神经网络原子间势）。通过向训练数据添加能量和压力，我们可以创建一个电势，可以再现强 Si-O 和 C-C 键等静态结构，并且还可以再现均方位移等动态特性。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

第一原理分子動力学計算で探る極限超高圧下の物質構造

利用第一原理分子动力学计算探索极端超高压下的材料结构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
大村訓史
通讯作者：
大村訓史

Liquid Structure of Tantalum under Internal Negative Pressure

内部负压下钽的液态结构

DOI：
10.1103/physrevlett.126.175503
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
8.6
作者：
K. Katagiri; N. Ozaki; S. Ohmura; B. Albertazzi; Y. Hironaka; Y. Inubushi; K. Ishida; M. Koenig; K. Miyanishi; H. Nakamura; M. Nishikino; T. Okuchi; T. Sato; Y. Seto; K.Shigemori; K. Sueda; Y. Tange; T. Togashi; Y. Umeda; M. Yabashi; T. Yabuuchi;R. K
通讯作者：
R. K

ケイ酸塩液体の超高圧物性

硅酸盐液体的超高压特性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
大村訓史;下條冬樹
通讯作者：
下條冬樹

Liquid Structure of Tantalum under Internal Negative Pressure

内部负压下钽的液态结构

DOI：
10.1103/physrevlett.126.175503
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
8.6
作者：
K. Katagiri; N. Ozaki; S. Ohmura; B. Albertazzi; Y. Hironaka; Y. Inubushi; K. Ishida; M. Koenig; K. Miyanishi; H. Nakamura; M. Nishikino; T. Okuchi; T. Sato; Y. Seto; K.Shigemori; K. Sueda; Y. Tange; T. Togashi; Y. Umeda; M. Yabashi; T. Yabuuchi;R. K
通讯作者：
R. K

Properties of liquid Fe-O-Light-Element ternary systems under high pressure : molecular dynamics simulations

高压下液态 Fe-O-轻元素三元体系的性质：分子动力学模拟