極端条件下の水の構造とダイナミクス

极端条件下水的结构和动力学

基本信息

批准号：
13J07704
负责人：
樋本和大
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)高圧下の氷の新しい準安定相の発見加圧のシミュレーション計算により、水が氷VIIへと相転移する過程を調べ、結晶化の途中で新しいタイプの準安定相が出現することをつきとめた。この氷の結晶化プロセスを調べたところ、はじめに系のいたるところで新しい氷の結晶核が出現し、それが成長して系を埋め尽くして多結晶体となり、その結晶粒界において氷VIIの結晶核が生じ、成長して最終的に氷VIIへと変化することがわかった。この準安定氷の回転運動を調べると、結晶格子点の場所によって回転しやすい部分と回転しにくい部分があることが認められた。以上の解析から、この新しい氷が『部分的』プラスチック相であると結論づけた。これまでに知られているすべての氷の結晶多形は、いずれもアイスルール(1分子あたり4本の水素結合)に支配されていた。一方、超高圧では、パッキングのみで構造が決まるFCCプラスチック相の存在がシミュレーションで予言されている。今回の氷は、それらのいずれとも異なる、ひとつの結晶構造の中でパッキングと水素結合が競合する初めての例である。本研究は、今後続く水の結晶化プロセスと高圧における氷の結晶構造の探索研究に、新しい手がかりと可能性を提供するものと期待される。(2)高圧下の水の臨界現象我々は昨年度、高圧下でプラスチック氷と氷VIIの間の相転移において、臨界現象が観測されることを示した。そこではLandauの現象論などにより三重臨界点の存在を明らかにした。この現象に対し、我々はIsingモデルによる解釈を試みた。その結果、高圧での水の臨界現象が、Spin-1 Blume-Capelモデルとよばれる、3次元Isingモデルと同一のユニバーサリティクラスに属することが明らかとなった。

（1）在高压模拟计算下发现了一个新的冰的亚稳态阶段，研究了水相变为冰VII的过程，发现在结晶过程中出现了一种新型的亚稳态。当我们研究了这个冰结晶过程时，我们发现最初，系统中到处都出现了新的冰晶核，该系统在系统中到处都出现，该核构成了系统的晶粒晶体，从而在晶界处产生冰VII的晶体核，从而生长并最终转化为ICE VII。在检查这种亚稳态冰的旋转运动时，发现有些区域易于旋转，并且区域很难根据晶体晶格点的位置旋转。从上述分析得出的结论是，这种新冰是“部分”塑料相。所有先前已知的冰晶体多态性均由涂液（每个分子四个氢键）控制。另一方面，模拟预测了FCC塑料阶段的存在，该塑料阶段的结构是单独通过包装确定的。这种冰是第一次，填料和氢键在与任何一个不同的单晶结构中竞争。预计这项研究将为水结晶过程的未来研究提供新的线索和可能性，并在高压下对冰晶结构进行研究。（2）高压下水的关键现象表明，去年，在高压下塑料冰和冰VII之间的相变中观察到了一个关键现象。在那里，兰道的现象学和其他因素揭示了三重关键点的存在。我们试图使用Ising模型来解释这种现象。结果，据揭示了高压水在高压下的关键现象与3D ISING模型属于同一通用类别，称为Spin-1 Blume-Capel模型。