ケイ酸塩融体の粘性の微視的理論

硅酸盐熔体粘度的微观理论

基本信息

批准号：
06222206
负责人：
常行真司
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

SiO_2のフレームワーク構造を持つケイ酸塩融体では、圧力を増すと粘性が減少する。この融体の異常なふるまいと低温での結晶の圧力誘起アモルファス化とは、シリコン原子のまわりの酸素原子配位数変化が重要である点で、たがいに密接に関連していると考えられる。本研究の目的は、原子レベルのシミュレーションを用いて両者の関係を明らかにし、フレームワーク構造をもつ融体特有の動的性質の起源を解明することである。古典分子動力学法を用いた我々のこれまでの研究から、4配位のシリコン原子が一時的に6配位状態を経由して拡散が起きるとすれば、粘性の異常な圧力依存性が簡単に説明できることが示されている。本年度はさらに解析を進め、低温での4配位の多形と6配位の多形のエンタルピー差を高温での粘性の圧力依存性と直接結びつける式を導出し論文にまとめた。残された問題の中でもっとも重要なのは、4配位から6配位にうつるための活性化エネルギーが妥当なものであるかどうか、また実際に古典分子動力学法で見られた原子移動経路が、電子状態変化まで考えたときに可能なものであるかどうかという点であろう。そこで本年度は、SiO_2の圧力誘起構造変化の第一原理電子状態計算をめざし、圧力一定のカ-・パリネロ法プログラムの開発を行った。さらにこのプログラムの最初の応用例として、ダイヤモンド構造のシリコン(単体)が高圧でβ-tin構造に変化する過程をとりあげ、多次元ポテンシャル面の解折と動的シミュレーションを行った。

在具有SiO_2骨架结构的硅酸盐熔体中，粘度随着压力的增加而降低。熔体的这种异常行为和低温下压力引起的晶体非晶化被认为密切相关，因为硅原子周围氧原子配位数的变化很重要。本研究的目的是利用原子级模拟阐明两者之间的关系，并阐明具有框架结构的熔体独特的动态特性的起源。根据我们之前使用经典分子动力学方法的研究，我们发现如果4配位硅原子暂时通过6配位状态进行扩散，则可以很容易地解释粘度的异常压力依赖性。经过今年，我们进一步推进了分析，推导出了将低温下四配位多晶型和六配位多晶型之间的焓差与高温下粘度的压力依赖性直接联系起来的公式，并发表在论文中。剩下的最重要的问题是从4-配位转移到6-配位的活化能是否合适，以及经典分子动力学方法中观察到的原子转移路径是否实际上是正确的，问题是在考虑变化时是否可能。处于电子状态。因此，今年我们开发了恒压Ca-Parrinello方法程序，针对压力引起的SiO_2结构变化的第一性原理电子结构计算。此外，作为该程序的第一个应用示例，我们研究了金刚石结构硅（单一物质）在高压下转变为β-锡结构的过程，并进行了多维势面分析和动态模拟。