Diversity and Specificity on the Crystals of Tetrahedral Molecules

四面体分子晶体的多样性和特异性

• 批准号: 21H01047
• 负责人: 松本 正和
• 金额: $ 8.07万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01047/
• 关键词: 正四面体型分子; 相図; 計算機シミュレーション; 結晶探索; 分子動力学; 分子シミュレーション; 正四面体分子; 多形; プラスチック相; 結晶化

メタンに代表される、正四面体型の分子の結晶構造を俯瞰的に調査する。水分子は4面体型ネットワークにより、19種類もの結晶構造を持つことが知られており、単成分の単純な物質としては異常に多様な相があると言われている。しかし、水素結合の向きの乱雑性に起因する水素無秩序性の効果を除くと、実質的には6種類(I,II,III,V,VI,VII)の安定結晶相を持つ。一方、水分子よりもさらに対称性が高く単純な分子と言えるメタンには、実に9種類の安定結晶相が知られている。また、単純な分子の結晶構造は単純とは限らず、メタンB相は単位胞に29分子を含み、最も複雑な高圧氷相である氷Vの28分子を凌ぐ超複雑結晶を持つと言われている。四面体型分子の結晶が複雑になる原因の一つは、立体構造のパッキングしにくさにあると考えられる。実際、剛体正四面体の最密充填構造は準結晶になると言われている。メタンを含む正四面体型分子は、球と正四面体剛体の中間構造とみなすことができ、どのように結晶構造が決定されるのかが興味深い。昨年来、幅広い温度圧力範囲におけるメタンの結晶構造を計算機シミュレーションにより調査を続けているが、計算機シミュレーションではなかなか完全な単結晶が得られず、構造解析が困難であった。四面体分子は球形に近いため、高圧では凝集して高密度配置になるまではすみやかなのだが、そこから立体障害を調整し、最適な配置に至るのに非常に時間がかかるようだ。そのため、単純なアニーリング手法に代えて、レプリカ交換分子動力学などの並列的最適化手法を検討するとともに、複雑な分子配置のなかから規則性を見出す、新たなアルゴリズムと特徴量を検討した。

The crystal structure of tetrahedral molecules in the middle of the crystal layer is investigated. Water molecules are tetrahedral in nature, 19 species in crystalline structure, and 19 species in crystalline structure. In addition to the effect of water element disorder caused by water element combination, the stable crystalline phase of six species (I,II,III,V,VI,VII) is maintained. A water molecule is equal to a high purity molecule, and a stable crystal phase is equal to a high purity molecule. The crystal structure of pure and pure molecules is pure and pure, and the crystal structure of pure and pure molecules is pure and pure. The crystal structure of pure and pure molecules is pure. The reason why tetrahedral molecules are crystallized is that they are separated from each other by three-dimensional structure. The most densely packed structures of solid and rigid tetrahedra are quasi-crystals. The intermediate structure of tetrahedral molecules, spheres and tetrahedral rigid bodies is of great interest. In the past year, the temperature and pressure range of the crystal structure of the sample have been investigated by computer, and the crystal structure analysis has been difficult. Tetrahedral molecules are spherical in shape, aggregated at high pressure, and arranged at high density. In addition, we will discuss the parallel optimization methods such as single-layer optimization methods and lepton exchange molecular dynamics, reveal the regularity of complex molecular configurations, and discuss new all-round systems and characteristic quantities.

项目成果

On the anomalous homogeneity of hydrogen-disordered ice and its origin

氢无序冰的反常均质性及其起源

• DOI: 10.1063/5.0065215
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Matsumoto Masakazu;Yagasaki Takuma;Tanaka Hideki
• 通讯作者: Tanaka Hideki

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氷生成ツール GenIce

制冰工具GenIce

• 发表时间: 2022
• 期刊: アンサンブル: 分子シミュレーション研究会会誌
• 作者: Ohki Daigo;Yoshimi Kazuyoshi;Kobayashi Akito;Misawa Takahiro;松本正和
• 通讯作者: 松本正和

Novel Algorithm to Generate Hydrogen-Disordered Ice Structures

生成氢无序冰结构的新算法

• DOI: 10.1021/acs.jcim.1c00440
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Chemical Information and Modeling
• 影响因子: 5.6
• 作者: Matsumoto Masakazu;Yagasaki Takuma;Tanaka Hideki
• 通讯作者: Tanaka Hideki

Homogeneity of ice and spin ice

冰和旋转冰的均匀性

• 发表时间: 2021
• 作者: Masakazu Matsumoto;Takuma Yagasaki;Hideki Tanaka
• 通讯作者: Hideki Tanaka