ケイ酸塩の粘性の理論

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SiO_2フレームワーク構造を残したケイ酸塩融体や、同じくフレームワーク構造を持つGeO_2融体の粘性は、高圧で低下することが実験的に知られている。分子動力学法(MD)でこの追試を行った例はすでに報告されているが、結果の理論的解釈は必ずしも明快ではない。この直観的には異常な実験結果を説明するために、我々はSiO_2多形の常温圧縮構造変化のMDシミュレーションに基づき、SiO_2の微視的な自己拡散機構モデルを提案している。本研究ではこのモデルを検証するため、4配位と6配位の相対的な安定性が異なる複数の原子間力モデルを用いて、SiO_2融体のMDシミュレーションを行った。このとき特にその粒子数依存性に着目し、約300粒子から約800粒子までのシミュレーションの比較を行った。その結果、設定した4000Kという高温においてすら、この系は時間的にも空間的にも非常に長い周期の揺らぎを示すことがわかった。この長周期の揺らぎは、ガラス状態で存在すると考えられている中距離秩序とダイナミクスの関連を予想させて興味深い。今回調べた範囲では、拡散係数について数値的に安定した計算結果を得るのに必要なシステムサイズは576粒子(基本セルは一辺約20Aの立方体)、シミュレーション時間は約120psであった。