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N2、O2、H2O、NH3などの無機分子、および酸化物、水酸化物さ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[H3SiO4]、[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-X α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。
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