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

高压铁-轻元素混合液成键态及不混溶性的第一性原理分子动力学计算

基本信息

批准号：
21K03705
负责人：
大村訓史
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hiroshima 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

项目摘要

本研究では、２種類の軽元素を含む液体鉄合金の高圧下における不混和性を解明する目的で、分子動力学シミュレーションを行っている。2022年度の主要な研究成果は以下の通りである。１）2021年度の液体Fe-Si-O系に加え、2022度は液体Fe-H-O、Fe-C-O、Fe-S-O混合系に対して第一原理分子動力学シミュレーションを行い、結合状態と構造的性質を詳しく調べた。シミュレーションから得らえた動径分布関数から、これら３つの系では、Si-Oのような酸素とその他の軽元素間（H-O,C-O,S-O）に強い結合は見られない。しかし、C-C間は強い結合を示すことが分かった。また、ポピュレーション解析を行ったところ、このC-C結合はSi-O結合とは異なり、電荷にはあまり影響を与えないことも明らかとなった。さらに硫黄に関しては、硫黄の量が少ないときは斥力的な相互作用を示し、硫黄の含有量が多くなるにつれその斥力的な相互作用が弱くなるという顕著な含有量依存性を示すことが明らかとなった。２）第一原理分子動力学シミュレーションから得られた結果を教師データとして、機械学習型の原子間ポテンシャル（人工ニューラルネットワーク原子間ポテンシャル）を作成した。エネルギーに加え、圧力を教師データに加えることでSi-O、C-Cの強い結合をはじめとする静的構造をよく再現し、また平均2乗変位などの動的性質を再現するポテンシャルを作成することができた。

在这项研究中，进行了分子动力学模拟，以阐明在高压下包含两种类型的光元素的液态铁合金的不混溶性。 2022财政年度的主要研究结果如下：1）除了2021年的液体Fe-Si-O系统外，第一原则分子动力学模拟还通过液体Fe-H-O，Fe-C-O和Fe-S-O混合系统进行了2022度，并详细检查了结合态和结构特性。从这三个系统中从模拟获得的径向分布函数中，在氧气和其他光元素（H-O，C-O，S-O）等氧气之间未发现强键。但是，发现C和C之间的结合显示出强的结合。此外，人口分析表明，该C-C键不同于SI-O键，并且不会对电荷产生太大影响。此外，已经发现，当硫的量很小时，它表现出排斥的相互作用，并且表现出显着的含量依赖性，而当硫的量很大时，其排斥相互作用随着硫量的增加而变得较弱。 2）使用从第一个原理分子动力学仿真获得的结果作为教学数据，创建了机器学习类型的原子间电位（人工神经网络间的原子质潜力）。通过向教学数据增加能量和压力，我们能够创建一个潜力，该电位可以再现静态结构（例如SI-O和C-C的强键）以及均方根位移等动态特性。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Liquid Structure of Tantalum under Internal Negative Pressure

内部负压下钽的液态结构

DOI：
10.1103/physrevlett.126.175503
发表时间：
2021
期刊：
Physical Review Letters
影响因子：
8.6
作者：
K. Katagiri;N. Ozaki;S. Ohmura;B. Albertazzi;Y. Hironaka;Y. Inubushi;K. Ishida;M. Koenig;K. Miyanishi;H. Nakamura;M. Nishikino;T. Okuchi;T. Sato;Y. Seto;K.Shigemori;K. Sueda;Y. Tange;T. Togashi;Y. Umeda;M. Yabashi;T. Yabuuchi;and R. K
通讯作者：
and R. K

Bonding and structure of liquid iron-light-element-oxygen ternary alloys under high pressure: molecular dynamics simulations

液态铁-轻元素-氧三元合金在高压下的结合和结构：分子动力学模拟