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H2Oは太陽系惑星の主要な構成物質のひとつであり、高温高圧下における挙動の解明は地球や惑星科学において重要な課題である。H2Oは化学的に単純な組成をもつにもかかわらず、高圧下における相図、状態方程式や基本的物性に一致した見解が得られていない。特に、惑星内部のような高温高圧下においてH2Oは酸素格子中を水素が液体のようにふるまう超イオン相が存在すると考えられている。しかし、この超イオン相の構造自体も未だ十分解明されていない。本研究はH2Oの高温高圧下における相図、特に超イオン相の安定構造を解明するために、第一原理電子状態計算法と熱力学積分法を組み合わせ自由エネルギー計算法を開発することである。特に熱力学積分を行う上での参照系として酸素は３次元調和振動子、水素は理想気体と設定することによりこれまで不可能であった超イオン相の自由エネルギー計算が可能となる。
現在、開発した超イオン相に対応した第一原理熱力学積分プログラムを用いて氷超イオン相の自由エネルギー計算を実行中である。現在計算結果のまとめを行っており、不足しているデータの追加計算等を行い、学会発表および論文発表を行う予定である。
さらに、氷超イオン状態の温度圧力条件においても水素原子核の量子効果が無視できない。この挙動解明のため、現在経路積分分子動力学計算法を用いて、状態方程式や弾性特性の計算も行っている。今後は水素原子核の量子効果を含めた自由エネルギー計算法の開発も視野に入れている。
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