2010 Fiscal Year Annual Research Report
高圧下における含水鉱物、マグマ、水の量子シミュレーション
| Project Area | Earth Science Based on the High Pressure and Temperature Neutron Experiments |
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| Project/Area Number |
20103005
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
飯高 敏晃 独立行政法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 専任研究員 (60212700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 隆司 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 放射光科学研究ユニット, 研究副主幹 (60370350)
土屋 旬 愛媛大学, 上級研究員センター, 上級研究員 (00527608)
星 健夫 鳥取大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80272384)
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| Keywords | 高圧力 / 中性子散乱 / 液体 / 含水鉱物 / マグマ / ナノダイヤモンド / 第一原理分子動力学 / 水素結合 |
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| Research Abstract |
高圧下での水・液体、含水鉱物、マグマおよびその他の水素含有物質の物性を明らかにするための第一原理物質科学計算を行った。またそのための大規模シミュレーション手法の開発を行った。
惑星の重要な構成物質のひとつであるメタン分子の高圧下での結晶構造予測を行い、新結晶構造を理論的に発見した。また、最近高圧力下で発見されたシラン・水素複合結晶の構造とダイナミクスを第一原理分子動力学計算を用いて調べた。シランと水素は、分子の中心が格子点に固定されているが、分子の向きがランダムである結晶構造をとることが分かった。Natural Bond Orbital分析により,二つの分子間のdonor-acceptor相互作用が圧力により増強されることが分かった。実験で観測されたvibron振動数の負の圧力依存性は、この分子間相互作用によるものであることを明らかにした。中性子線回折による水素原子を含んだ結晶構造決定および光学的方法による分子振動測定を用いてこれらの新高圧相が検証されることが期待される。
高圧下の水に関しては、高温高圧下では水素結合が切断され、水分子が高速に回転し、球状原子の単純液体のように振る舞うことを明らかにした。これは液体班によるX線回折による酸素原子の動径分布関数の結果と一致した。より正確な検証のために中性子線回折による水素原子を含んだ動径分布関数の測定が待たれる。
含水鉱物に関しては、蛇紋石「リザーダイト」Mg6Si4O10(OH)8の10GPa付近での水素結合変化による異常な圧縮挙動を第一原理計算により初めて予測した。中性子線回折による圧縮機構の検証が期待される。
また、大規模量子分子動力学プログラムを多原子種系・電荷セルフコンシステント手法に対応させ、グリーン関数を通じての大規模電子状態解析手法の基礎理論、GPU(Graphic Processing Unit)を利用した高速計算法の開発を行った。
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[Presentation] J-PARC超高圧中性子回折装置PLANETの概要と現状2010
Author(s)
服部高典, 有馬寛, 阿部淳, 佐野亜沙美, 内海渉, 永井隆哉, 鍵裕之, 飯高敏晃, 片山芳則, 井上徹, 八木健彦
Organizer
日本地球惑星科学連合2010年度大会
Place of Presentation
幕張
Year and Date
2010-05-22
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