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2023 年度 研究成果報告書

高圧下における鉄ー軽元素混合液体の結合状態と不混和に関する第一原理分子動力学計算

研究課題

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研究課題/領域番号 21K03705
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分17040:固体地球科学関連
研究機関広島工業大学

研究代表者

大村 訓史  広島工業大学, 工学部, 准教授 (90729352)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード地球外核 / 不混和 / 液体鉄混合系 / 第一原理分子動力学法 / 結合状態 / 機械学習型ポテンシャル
研究成果の概要

H,C,O,Si,Sのうち、2種類の軽元素が含まれる液体鉄混合系に対して、第一原理分子動力学法を用いて、高圧下における構造的性質と結合状態などの電子的性質を明らかにした。高温高圧環境下においても、軽元素の種類によって、軽元素同士間に共有結合的な相互作用が存在することが明らかとなった。特にSiとOの結合は構造的性質に加えて、Siの電荷にも影響し、Oと結合したSiの電荷は正寄りになることが分かった。さらにSiとOの空間分布を見ると、Siに比べてOの存在領域に偏りがあることが解明された。また機械学習を用いて比較的大規模なシミュレーションを行い、大きな系においてもOの分布の偏りを確認できた。

自由記述の分野

理論物性物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、原子間の化学結合という観点から液体鉄ー軽元素混合系の電子的、構造的性質を明らかにした。この結果は、軽元素同士の相互作用によって電荷の揺らぎが生まれ、原子の存在分布にも偏りが生じることを示唆しており、地球外核の混和・不混和問題に重要な知見を与えるものである。また液体のような乱れた系、かつ組成が非常に偏った系においても機械学習を用いることで計算の大規模化ができる可能性を示している。

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公開日: 2025-01-30  

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