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

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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。