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

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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。