鉱物結晶の原子間多体相互作用ポテンシャルモデル

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10640461
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 河村 雄行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (00126038)
• キーワード: 分子シミュレーション / 分子動力学法 / 分子軌道法 / 2原子分子 / 水、水溶液 / 結晶構造 / 物性 / 原子・分子間相互作用

研究概要

N2、O2、H2O、NH3などの無機分子、および酸化物、水酸化物などの結晶構造から切り出してきた小規模ないし中規模の原子集団系(例えば[H4SiO4]、[H6Si2O7])について、原子・分子間の幾何学的配置をさまざまに変えながら非経験的分子軌道法計算(DV-Xα法、Gaussian98wど)を行い、配置に対する全エネルギー、電子密度分布などの変化の様式を調べた。また、これにより得られた情報を用いて、各原子の周りの電子密度分布の変化と、2体相互作用と多体相互作用の様式・寄与などについて、相互作用の分離・解析を行なった。
さらに、2体および3体の原子分子間相互作用の表現形式を定め、そのパラメータを具体的な値として決定し、それを分子シミュレーション計算が可能なようにプログラム開発を行った。またより一般的な多体相互作用モデルとして電荷平衡化法に関する実効電気陰性度、実効イオン化ポテンシャル、遮蔽効果などのパラメータ決定を行なうと同時に、電荷平衡化法-分子動力学法のプログラム開発を行なった。
これらのモデルとプログラムを用い、いくつかの主要造岩鉱物、鉱物-水・水溶液系などについて、温度、圧力、組成を変化させ、モデルの実証を行なった。その結果、従来のモデルに比べ、構造や物性の再現性が大幅に改善され、地球や惑星における様々な物質の存在の場における構造や物性の予測に用いることができることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.AKAMATSU and K.KAWAMURA: "Molecular dynamics of silid solution and coexisting liquid"Molecular Simuration. Vol.21. 387-399 (1999)
• [文献書誌] Y-S.Seo.Y.Ichikawa and K.Kawamura: "Stress-strain response of rock-forming minerals by molecular dynamics simulation"Materials Science Reseach International. Vol.5(1). 13-20 (1999)
• [文献書誌] H.Inaba,R.Sagawa,H.Hayashi and K.KAWAMURA: "Molecular dynamics simulation of gadolinia-doped ceria"Solid State Ionics. 122. 95-103 (1999)
• [文献書誌] T.KATSUMATA,Y.INAGUMA,M.ITOH and K.KAWAMURA: "Molecular dynamics simulation of the high lithium ion conductor,La0.6Li0.2TiO3"Journal of Ceramic Society of JAPAN. 107(7). 615-621 (1999)
• [文献書誌] Y.Ichikawa,K.Kawamura,M.Nakano,K.Kitayama and H.Kawamura: "Unified molecular dynamics and homogenization analysis for bentonite behavior Current results and future possibilities"Engineering Geology. 54. 21-31 (1999)
• [文献書誌] 河村 雄行,市川康明,中野政詩: "粘土鉱物-水系の分子動力学シミュレーション"月刊「地球」. Vol.21. 97-101 (1999)