鉱物等複雑無機化合物の分子シミュレーションと原子間多体相互作用モデルの創出

矿物等复杂无机化合物的分子模拟以及原子间多体相互作用模型的创建

基本信息

批准号：
01J11191
负责人：
土屋卓久
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,複雑な結晶構造や組成を持つ鉱物結晶の分子シミュレーションと,それを可能とする組成・物理条件に対し幅広い信頼性を有す原子間相互作用モデルの非経験的構築及びその手法確立が目的である.また,電子状態から鉱物の熱力学特性・多形間の安定関係の予測を行う。密度汎関数理論,格子動力学法と準調和近似を組み合わせ,熱振動の量子性を考慮して有限温度における結晶の熱力学特性の非経験的計算手法の開発・応用を行った。この手法により有限温度下で正しく固体の自由エネルギーを算出することが可能となった。これを用いて,金の圧力-体積-温度状態方程式を非経験的に予測し,近年地球惑星内部科学における最重要問題の一つである超高圧圧力計の不確定性に関し,従来の圧力計を補正する重要な知見を得た。また二酸化珪素(SiO_2)の高温高圧相平衡を例に取り,その非経験的予測をはじめて行った。従来の研究の矛盾点を検証し,地球下部マントル中部と下部における2種の相転移境界を予測し,地震学的観測結果の解釈を議論した。さらにこれらの方法を,地球下部マントルの大部分を占める物質とされる珪酸塩ペロブスカイト(MgSiO_3),及びペリクレース(MgO)に適用し,実際の地球内部の高温高圧条件下でこれらの物質の状態方程式,弾性テンソルを予測し,観測データとの比較から下部マントルの化学組成変化や温度変化,また鉱物量比変化を定量的に検討した。その結果,地球下部マントル全域にわたっておおむね上部マントルと同じ化学組成が維持されていること,しかし,境界領域では上記の2相のみでは観測データを完全には説明できないことを明確に示した。極めて高い温度圧力条件から依然未解決であるこれらの問題に対し,物質科学的立場からの定量的アプローチ法の構築に初めて成功したといえる。これらの成果は高く評価され,日本高圧力学会平成15年度奨励賞を受賞した。

这项研究旨在模拟具有复杂晶体结构和组成的矿物晶体的分子模拟，并建立一个无实验构造的原子相互作用模型，该模型对成分和物理条件的可靠性具有广泛的可靠性，并为其建立一种方法。它还可以预测电子状态的矿物质的热力学特性与多态性之间的稳定关系。将密度功能理论，晶格动力学方法和准谐波近似结合在一起，并考虑到有限温度下晶体的热力学特性，并考虑了有限温度下的热力学特性。该技术使得在有限温度下正确计算固体的自由能成为可能。这被用来预测金黄金中的压力 - 体温度方程式，并获得有关超高压力仪表的不确定性的重要见解，这是近年来地球和行星内部科学中最重要的问题之一，以补偿常规压力仪表。此外，我们以二氧化硅（SIO_2）的高温高压相平衡为例，并首次做出了其无实验预测。检查了先前研究的不一致，预测了下层地幔中部和下部的两个相变边界，并讨论了地震学观察的解释。此外，这些方法被应用于硅酸盐钙钛矿（MGSIO_3）和伯里克斯（MGO）（MGO），据说这些方法是占地球下层大部分的大多数，并预测了这些物质在地球中的实际高压条件下的实际高压条件下的状态和弹性张量的方程，并通过对化学构图的数量进行了较低的含量，并且在化学上的高度较低，并且在化学上的含量较低，并且矿物质的含量较低。结果清楚地表明，上地幔的化学组成通常在整个地下地幔中保持，但是观察到的数据不能完全由边界区域中的上述两个阶段完全解释。可以说，从物质科学的角度到这些问题，由于极高的温度和压力条件，我们第一次成功构建了一种定量方法。这些成就受到了高度赞扬，并获得了日本高压科学学会2003鼓励奖。