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First-principles study of effects of light element on transport properties of liquid Fe alloy

Publicly Offered Research

Project AreaInteraction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science
Project/Area Number 18H04371
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHiroshima Institute of Technology

Principal Investigator

大村 訓史  広島工業大学, 工学部, 准教授 (90729352)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords液体鉄合金 / 地球外核 / 密度汎関数法 / 分子動力学法 / 高圧物性 / 第一原理分子動力学シミュレーション / 輸送特性 / 軽元素 / 第一原理分子動力学法 / 第一原理分子動力学計算
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、地球外核を構成する液体鉄合金の輸送特性に対する軽元素含有の影響を明らかにする目的で、第一原理分子動力学法に基づく計算機シミュレーションを行った。前年度は1種類の軽元素(水素、炭素、酸素、ケイ素、硫黄)を含む鉄―軽元素混合系について計算を行い、その輸送特性を調べた。本年度はそれらの構造をより詳しく解析するとともに、2種類の軽元素が含まれた場合の計算を行った。主要な研究成果は以下の通りである。

1)鉄―軽元素混合系に関して、組成依存性(軽元素含有量)を詳しく調べ、高圧下における鉄―軽元素混合系の軽元素間の相互作用を明らかにした。水素-水素間にはほとんど相互作用は存在しないが、酸素-酸素、ケイ素-ケイ素間に関しては、動径分布関数のピーク位置が鉄―鉄と同じ位置にあるため、鉄―鉄と同じような相互作用が存在していると予測される。炭素―炭素間に関しては、高圧下の鉄合金の中でも共有結合のような強い相互作用が存在している。硫黄ー硫黄に関しては、明確な濃度依存性が存在しており、硫黄の濃度が低いときは、硫黄同士があまり近くに存在しないが、硫黄濃度が大きくなるにしたがって、硫黄同士が近く(酸素―酸素間、ケイ素ーケイ素間と同程度)に存在するようになる。

2)鉄にケイ素と酸素、水素と酸素という2種類の軽元素が含まれる3元系液体に対し、第一原理分子動力学シミュレーションを行い、構造的性質を調べた。原子配置の時間発展から鉄ーケイ素―酸素混合液体は高圧下において、鉄ーケイ素―酸素領域と鉄ーケイ素領域に分離する傾向が見えた。鉄ー水素―酸素混合液体に関しては、ケイ素が含まれる系ほど、そのような傾向は見られなかった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Structures of liquid iron-light-element mixtures under high pressure2020

    • Author(s)
      S. Ohmura, T. Tsuchiya and F. Shimojo
    • Journal Title

      Physica Status Solodi B

      Volume: in press Issue: 11 Pages: 2000098-2000098

    • DOI

      10.1002/pssb.202000098

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective Reduction Mechanism of Graphene Oxide Driven by the Photon Mode versus the Thermal Mode2019

    • Author(s)
      M. Hada, K. Miyata, S. Ohmura, Y. Arashida, K. Ichiyanagi, I. Katayama, T. Suzuki, W. Chen, S. Mizote, T. Sawa, T. Yokoya, T. Seki, J. Matsuo, T. Tokunaga, C. Itoh, K. Tsuruta, R. Fukaya, S. Nozawa, S. Adachi, J. Takeda, K. Onda, S. Koshihara, Y. Hayashi, Y. Nishina
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 13 Issue: 9 Pages: 10103-10112

    • DOI

      10.1021/acsnano.9b03060

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 共有結合にとらわれた原子が液体中でどのように動くのか ─共有結合性液体の高圧物性2019

    • Author(s)
      大村 訓史,下條 冬樹,土屋 卓久
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 74 Pages: 621-626

    • NAID

      130007807108

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] QXMD: An open-source program for nonadiabatic quantum molecular dynamics2019

    • Author(s)
      Shimojo Fuyuki、Fukushima Shogo、Kumazoe Hiroyuki、Misawa Masaaki、Ohmura Satoshi、Rajak Pankaj、Shimamura Kohei、Bassman Lindsay、Tiwari Subodh、Kalia Rajiv K.、Nakano Aiichiro、Vashishta Priya
    • Journal Title

      SoftwareX

      Volume: 10 Pages: 100307-100307

    • DOI

      10.1016/j.softx.2019.100307

    • NAID

      120006818786

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural change in liquid sulphur from chain polymeric liquid to atomic simple liquid under high pressure2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura and Fuyuki Shimojo
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 31 Issue: 21 Pages: 215101-215101

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ab0a35

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Doping effects on photo absorption and excited charge dynamics of organic molecules.2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura
    • Organizer
      OptoX-NANO 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Pressure-induced structural change of liquid sulfur from polymeric liquid to simple liquid2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura
    • Organizer
      The 17th International Conference on liquid amorphous metal (LAM17)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural and Transport Properties of Liquid Iron-light-element Mixtures under High Pressure2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura
    • Organizer
      The 14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ab initio molecular dynamics study of atomic diffusion in covalent liquid under high pressure2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural and transport properties of liquid iron-light-element mixtures under outer core conditions2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高圧下における液体シリケートの構造と拡散特性 : 第一原理分子動力学シミュレーション2019

    • Author(s)
      大村訓史
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 超高圧下における液体硫黄の分子性液体から金属性液体への圧力誘起構造的クロスオーバー2019

    • Author(s)
      大村訓史、下條冬樹
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Properties of liquid iron-light-element mixtures under high pressure: ab initio molecular dynamics simulations.2019

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura and Taku Tsuchiya
    • Organizer
      Matter in Extreme Conditions: from MATerial science to Plasmas for Laboratory Astropohysics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Effects of light elements on transport properties of liquid Fe alloys under high pressure.2018

    • Author(s)
      Satoshi Ohmura, Taku Tsuchiya and Hiroki Ichikawa
    • Organizer
      Japan Geosciense Union 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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