| 研究課題/領域番号 |
17K05627
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
梅本 幸一郎 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (60726991)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 超高圧相転移 / 地球惑星物質 / 第一原理計算 / スーパーアース |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、地球や地球型系外惑星（スーパーアース）深部に相当する温度圧力条件で地球惑星構成物質（MgSiO3系および鉄水素合金）がどのような性質を持つかということを、第一原理計算で調べることを目的としている。２９年度では以下の(1)~(4)について研究を行った。
(1)地球外核条件下における鉄-水素-X液体合金(X=酸素、ケイ素、炭素、硫黄)の密度と音速の温度圧力依存性を計算し、地震波測定と整合的になるような各元素の濃度を決定した。
(2)Mg-Si-O系について、スーパーアースのマントル深部で起こるであろう新たな相転移を予言した。純粋なMgSiO3ポストペロブスカイトについて、以前筆者らは分解する予想を立てた。このMgSiO3がMgOあるいはSiO2と共存する場合、分解に先立って結合してMg2SiO4あるいはMgSi2O5になることを新たに予言した。
(3)Mg-Si-O系について分解／結合を予言したのだが、実際のスーパーアースのマントルでは、Mg-Si-O系に加えて鉄などの不純物が存在するはずである。不純物が存在する時、分解／結合が起きる圧力はどのように変化するか。手始めに、MgOのB1-B2転移において、Mgの一部をFeに置き換えた時に圧力が変化することを示した。
(4) Mg-Si-O系の分解／結合の圧力は非常に高く、実験で確認するのは現時点では困難である。そこで、似たような分解／結合を示しながら転移圧力が十分低い物質（アナログ物質）があれば、分解／結合の実験的研究が進むことが期待される。そのような物質候補として、Na-Mg-FとMg-Ge-O系を提案した。これらは完全にMg-Si-O系と同じ転移を起こすわけではないが、分解／結合について十分に低い圧力になることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
鉄水素合金やMgOの相転移への不純物（鉄）の影響の研究に加えて、新たにMg-Si-O系のスーパーアース深部で起こりうる結合の予言や、アナログ物質候補の予言も行えた。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)固体鉄水素合金、(2)Mg-Si-O系における分解／結合圧力への不純物（鉄など）の影響を調べる。これまで準調和近似の範囲で行っていた研究を、第一原理動力学法を用いる手法にまで広げて、高温における非調和性の重要性を調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
今年度は新たな端末を購入する必要がなかった。計算機資源の利用が予想より少なかった。
（使用計画）
新たな端末やデータ保存のためのハードディスクの購入を必要に応じて行う。より計算機資源の必要な計算（第一原理動力学計算）を行う予定である。
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