Quantum simulation of hydrous mineral, magma and water under high pressure

2010 Fiscal Year Self-evaluation Report

• Project Area: Earth Science Based on the High Pressure and Temperature Neutron Experiments
• Project/Area Number: 20103005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: IITAKA Toshiaki The Institute of Physical and Chemical Research, 戎崎計算宇宙物理研究室, 専任研究員 (60212700)
• Project Period (FY): 2008 – 2012
• Keywords: 高圧力 / 中性子散乱 / 液体 / 含水鉱物 / マグマ / ナノダイヤモンド / 第一原理分子動力学 / 水素結合

Research Abstract

原始地球の形成過程においては、地球の表面が高温の溶融状態(マグマオーシャン)になり大量の水(水素)を貯蔵し水圏の形成に大きな役割を果たした可能性がある。現在の地球においては、水素は水(H2O)や含水鉱物(OH基)などの化合物、あるいは無水鉱物やマグマに侵入した不純物として存在する。水(水素)の存在は鉱物やマグマの構造や融点・粘性・反応性などの物性に大きな影響を与えるので、そのメカニズムの原子レベルでの理解は地球形成史、地球深部ダイナミクスや火山噴火の解明に本質的な役割を果たす。本計画研究では、最先端の量子シミュレーションを駆使することにより、鉱物、マグマ、水の構造と物性に対する水素や水素結合の影響を明らかにすることを研究目的とする。また、中性子散乱実験用多結晶ナノダイヤモンドの材料特性を研究する。

Research Products

• [Journal Article] First-principles prediction of ahigh-pressure hydrous phase of AlOOH (2011)
  • Author(s): Jun Tsuchiya, Taku Tsuchiya
  • Journal Title: Phys.Rev.B 83 Pages: 054115
• [Journal Article] Pressure-Induced Intermolecular Interactions in Crystalline Silane-Hydrogen (2010)
  • Author(s): Wai-Leung Yim, John S.Tse, Toshiaki Iitaka
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 105 Pages: 215501
• [Journal Article] High-temperature water under pressure (2010)
  • Author(s): Ikeda, T., Katayama, Y., Saitoh, H., Aoki, K.
  • Journal Title: J.Chem.Phys. 1323 Pages: 121102
• [Journal Article] Large scale simulation of quantum-mechanical molecular dynamics for nano-polycrystalline diamond (2010)
  • Author(s): Takeo Hoshi, Toshiaki Iitaka, Maria Fyta
  • Journal Title: J.Phys. : Conf.Ser. 215 Pages: 012118
• [Journal Article] Dissociation of methane under high pressure (2010)
  • Author(s): Guoying Gao, Artem R.Oganov, Yanming Ma, Hui Wang, Peifang Li, Yinwei Li, Toshiaki Iitaka, Guangtian Zou
  • Journal Title: J.Chem.Phys. 133 Pages: 144508
• [Presentation] 高圧下の水素ハイドレート (2010)
  • Author(s): 張静雲, 郭哲来, 飯高敏晃
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年度大会
  • Place of Presentation: 千葉日本
  • Year and Date: 20100500
• [Presentation] 第一原理電子状態計算による地球深部水の研究 (2010)
  • Author(s): 土屋旬
  • Organizer: 愛媛大学上級研究員センターシンポジウム, 愛媛大学上級研究員センター
  • Year and Date: 20100400
• [Presentation] 高圧下の水の第一原理分子動力学シミュレーション (2010)
  • Author(s): 池田隆司
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 20100320-20100323
• [Presentation] Perovskite and post perovskite phase relation in theMgSiO3-A1203 system (2009)
  • Author(s): 土屋旬, 土屋卓久
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(招待講演)
  • Year and Date: 20090500
• [Presentation] 多結晶ナノダイヤモンドの大規模量子シミュレーション (2008)
  • Author(s): 星健夫, 飯高敏晃, フィタ・マリア
  • Organizer: 第49回高圧討論会
  • Place of Presentation: 姫路商工会議所(姫路)
  • Year and Date: 20081112-20081114
• [Remarks] ホームページ
  • URL: http://www.iitaka.org/~neutron/theory.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.iitaka.org/20100530leaveanest.pdf
• [Remarks] Hydrogen gas : Under pressure
  • URL: http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/6495
• [Remarks] 水素ガス:プレッシャーに押し潰されて
  • URL: http://www.rikenresearch.riken.jp/jpn/research/6496