鉄の超高圧高温下における構造及び物性の計算機シミュレ-ション

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今年度は,地球内核の結晶相と考えられている,六方最密相(Eー鉄)に適用可能な原子間ポテンシャルを高精度で求めることを主目的とした。得られた知見等は次のとうりである。1.金属のポテンシャルエネルギ-を,結晶の密度に依存する項,原子配置に依存する項,及び伝導電子の熱励起エネルギ-に基づく項の和で表した。必要なエネルギ-パラメ-タは,Eー鉄の構造の温度及び圧力依存の実測デ-タを再現するという条件を用いて求められた。2.得られたポテンシャルモデルを用いて分子動力学(MD)計算を行った結果,Eー鉄のモル体積の圧力依存,高温下における熱膨張率の両者共,極めて高精度でそれぞれの実測値を再現することが見出されたが,この成果は,地球内核における温度圧力条件下でのMD計算結果にも,相当程度の信頼性を保証するものである。3.内核を想定した圧力としてP=330GPa(地表からの深さ5171kmでの内核に対応する)を,可能な温度範囲として4000〜8000Kを選び,これらの超高圧高温下でのEー鉄の密度と体積弾性率をMD法により求めた結果,密度及び弾性率共,地震波からデ-タ(PREM)に比べて若干大き過ぎる値を示すことが明らかになった。このことは,地球内核に,鉄の他に若干量の軽元素が存在することを示唆するものである。4.超高圧高温下での鉄のMD計算により,地球内核で鉄が体心格子構造を取る可能性が得られたが,この点については,更に詳細な換討が必要である。