2022 Fiscal Year Research-status Report

超高圧高温下における不純物含有固体金属の第一原理研究

Research Project

Project/Area Number	21K03698
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	梅本幸一郎東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (60726991)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	第一原理計算 / 高温高圧条件 / 固体鉄合金 / 地球内核
Outline of Annual Research Achievements	地球内核は鉄と軽元素の固体合金で構成されている。しかし、その軽元素の種類と濃度はいまだに特定されておらず、長らく地球科学の大きな未解決問題の一つとなっている。近年、水素が非常に有力な軽元素の候補として強い関心を持たれている。本研究では、第一原理分子動力学法を用いて、内核に相当する温度圧力条件で、いくつかの水素濃度のhcp型固体鉄合金について密度を計算した。その結果、内核の温度が6000Kであると仮定した場合、およそFe64H16の組成で地震波測定の密度を再現できることが明らかとなった。今回得られた密度の水素濃度依存性は、先行研究(Wang et al., EPSL 2021)の結果とはかなり違っており、今後新たな知見が得られることが期待される。地球外核に相当する温度圧力条件にて炭素との液体鉄合金(Fe70C30)の計算を行い、実験家に提供し、実験結果の解析に利用してもらった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 先行研究(Wang et al., EPSL 2021)から地震波測定と整合する水素濃度を推定していたが、実際計算してみると密度の水素濃度依存性が違っていたため、水素濃度の範囲を修正して計算する必要が生じ、非常に時間がかかってしまった。また、夏以降、利用していたスーパーコンピュータシステムが非常に混雑していて、長時間の計算を実行することに困難が生じた。
Strategy for Future Research Activity	今後は鉄水素合金の音速の計算とともに、他の軽元素との組み合わせを考えた計算により、新たな知見が得られることを目指す。予算消化も計画より遅れているので、他のスーパーコンピュータシステム（例えば東工大TSUBAME）の利用を考える。
Causes of Carryover	学会発表がなかったので旅費が発生しなかった。夏以降、利用していたスーパーコンピュータシステムが非常に混雑していて、長時間の計算を実行することに困難が生じた。本年度は他のスーパーコンピュータシステム（例えば東工大TSUBAME）の利用を考える。