Theoretical estimation for electrical conductivity of clay minerals under High-Temperature condition by DFT-MD hybrid calculation methods

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03996
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17030:Human geosciences-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Kitamura Keigo 九州大学, 工学研究院, 学術研究員 (60618825)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐久間 博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (20400426) ; ステイコフ アレキサンダー 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (80613231)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 密度汎関数 / 分子動力学 / ハイブリッド計算 / 粘土鉱物 / 高温条件下

Outline of Final Research Achievements

We estimated the crystal structure of phlogopite by using molecular dynamics method under high temperature condition up to 400 °C. Elastic constants of phlogopite were also calculated under high-temperature condition. These estimated parameters can explain the elastic wave velocities changes of biotite-rich rocks. These results suggested potential of computational approaches to estimate physical properties of phyllosilicate minerals.

Free Research Field

岩石物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

層状珪酸塩鉱物の物性値は電気伝導度や弾性波など岩石の物性を決定する要因であるが、実験的手法による物性値測定の困難さからこれまで限られた条件下で測定されたデータしか存在しなかった。
今回、分子動力学により高温条件下での結晶構造の推定と弾性定数の推定を行い、その結果が実験結果をうまく説明出来ていたことから、分子動力学と各種物性推定方法を組み合わせた計算科学的手法により層状珪酸塩鉱物の様々な物性値が推定可能である事が示された。これにより例えば地熱地域の低比抵抗体の性状を依り精度良く理解できる可能性がある。