超高圧高温下における不純物含有固体金属の第一原理研究

超高压高温含杂质固体金属第一性原理研究

• 批准号: 21K03698
• 负责人: 梅本 幸一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03698/
• 关键词: 第一原理計算; 高温高圧条件; 固体鉄合金; 地球内核; 高圧力

地球内核は鉄と軽元素の固体合金で構成されている。しかし、その軽元素の種類と濃度はいまだに特定されておらず、長らく地球科学の大きな未解決問題の一つとなっている。近年、水素が非常に有力な軽元素の候補として強い関心を持たれている。本研究では、第一原理分子動力学法を用いて、内核に相当する温度圧力条件で、いくつかの水素濃度のhcp型固体鉄合金について密度を計算した。その結果、内核の温度が6000Kであると仮定した場合、およそFe64H16の組成で地震波測定の密度を再現できることが明らかとなった。今回得られた密度の水素濃度依存性は、先行研究(Wang et al., EPSL 2021)の結果とはかなり違っており、今後新たな知見が得られることが期待される。地球外核に相当する温度圧力条件にて炭素との液体鉄合金(Fe70C30)の計算を行い、実験家に提供し、実験結果の解析に利用してもらった。

内在核心由铁和光元素的固体合金组成。但是，尚未确定这些光元素的类型和浓度，并且很长一段时间以来，它已成为地球科学中的主要未解决问题之一。近年来，作为高度有希望的轻元素候选者，氢一直在引起人们的浓厚兴趣。在这项研究中，在温度和压力条件下使用第一原理分子动力学计算了几种氢浓度的HCP型固体铁合金的密度。结果，揭示了如果假定内核的温度为6000k，则可以以大约Fe64H16的组成来重现地震波测量的密度。此时间获得的密度的氢浓度依赖性与先前研究的结果完全不同（Wang等，EPSL 2021），预计将来会获得新的发现。在温度和压力条件下对与外星核心相对应的碳液合金（FE70C30）的计算，并提供给实验艺术家，并用于分析实验结果。

项目成果

Melting experiments on Fe-C-O to 200?GPa; liquidus phase constraints on core composition

Fe-C-O至200GPa熔化实验；

• DOI: 10.7185/geochemlet.2218
• 发表时间: 2022
• 期刊: Geochemical Perspectives Letters
• 影响因子: 4.9
• 作者: Sakai F.;Hirose K.;Umemoto K.
• 通讯作者: Umemoto K.

Temperature-induced phase transition in post-post-perovskite phases by first principles

根据第一原理在后后钙钛矿相中温度诱导的相变

• 发表时间: 2021
• 作者: Takahiro Shiina;Kei Katsumata;Kiyoshi Yomogida;and Aitaro Kato;Koichiro Umemoto and Renata M. Wentzcovitch
• 通讯作者: Koichiro Umemoto and Renata M. Wentzcovitch

NaMg2F5における秩序無秩序相転移

NaMg2F5 中的有序-无序相变

• 发表时间: 2021
• 作者: Okuno;J.;et al.;A. Mizutani and K. Yomogida;梅本幸一郎
• 通讯作者: 梅本幸一郎

A cotunnite-type new high-pressure phase of Fe2S

Fe2S的铜铜矿型新型高压相

• DOI: 10.2138/am-2022-7959
• 发表时间: 2022
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Oka Kenta;Tateno Shigehiko;Kuwayama Yasuhiro;Hirose Kei;Nakajima Yoichi;Umemoto Koihiro;Tsujino Noriyoshi;Kawaguchi Saori I.
• 通讯作者: Kawaguchi Saori I.