2012 Fiscal Year Research-status Report
液体中の横波と縦波のＭｉｘｉｎｇメカニズムの解明：第一原理分子動力学法
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24540406
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
宗尻 修治 広島大学, 総合科学研究科, 准教授 (90353119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
星野 公三 広島大学, 総合科学研究科, 教授 (30134951)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 液体中の横波 |
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| Research Abstract |
これまでに横波発生機構のひとつは、ケージ効果であることを明らかにしてきた。今年度は、第一原理分子動力学シミュレーションにより、相互作用が等方的な液体としてナトリウム、異方的な液体としてシリコン、またその中間としてスズについて、横波、および、縦波と横波のミキシングについて詳細に調べた。
その結果、横波は配位数の大きいナトリウムの場合に顕著に現れるが、ミキシングは逆に、シリコンで最も顕著となった。これは、横波の発生はケージ効果と関係するため、配位数が多くケージが作られることが前提となることを示している。また、ミキシングは、構造の異方性が重要であることが結晶についての解析から明らかになった。シリコンは、まさに液体中においても方向性を持つ構造をとるため、ミキシングが大きくなっていると考えられる。
さらに、横波とケージの関係について定量的に調べるために、比較的容易に高い統計精度が得られる古典分子動力学を用いて、液体銅について調べた。
その結果以下のことを明らかにした。ケージ内の２つの原子を結ぶ方向と垂直方向への振動は、横方向のcurrent correlation function の最大振動数と一致する。一方、縦方向のcurrent correlation functionの振動数は、平均原子間距離よりも近い位置に存在する２つの原子間の振動の振動数と一致するのみであり、原子間距離が離れるにつれて急激に振動数が小さくなることがわかった。つまり、原子集団のつくる縦波は、極近傍に存在する原子が次々に衝突して、それが伝播していくことによって起こることが示唆された。一方、原子集団のつくる横方向の振動は、１２個程度の原子からなるケージ内の原子の振動が、その発生源であることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、相互作用が等方的な液体から、異方的な液体までの横波、ミキシングについて第一原理MD法により調べることができた。
また、液体の縦波・横波とケージ効果の関係を、分子動力学によるミクロなデータ直接用いて調べる方法は確立されていないため、どのような物理量を調べる必要があるかを詳しく検討し、２つの原子の間の相互速度相関関数を、縦方向、横方向に分離する方法を提案した。
これにより、ケージ効果と横波の関係を古典分子動力学を用いて、定量的に明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２４年度は、古典分子動力学を用いて、ケージ効果と、横波、縦波についての関係を定量的に調べる方法を開発した。
平成２５年は、これを第一原理分子動力学シミュレーションで同様に実施し、横波発生および、ミキシングの機構について調べていく。
これには、長時間のシミュレーションが必要となるため、新規にワークステーションを購入する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
国内および海外の学会で発表および情報収集を行う。
また、大規模長時間のシミュレーションを実施するために、新規にワークステーションを購入する。
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