分子動力学法による、マントル条件下でのペロフスカイトの物性への固溶体効果

分子动力学方法对地幔条件下钙钛矿物理性质的固溶效应影响

• 批准号: 08640613
• 负责人: 赤松 直
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kochi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08640613/
• 关键词: ペロフスカイト固溶体; 分子動力学法; MD法; 結晶系; 体積弾性率; エンタルピー

地球の下部マントルに多量に存在するペロフスカイトには,Mgに富んだ斜方晶系のものとCaに富んだ立方晶系のものとがあり,両者は互いに数パーセント程度まで相手成分を固溶することが知られている.本研究では両者の固溶体である(Mg,Ca)SiO_3をとりあげ,組成に応じた結晶学的・熱力学的・弾性的性質の変化を調べた.固溶体(Mg,Ca)SiO_3の作成は斜方晶系ペロフスカイトMgSiO_3をもとに行なった.結晶内でのMg粒子およびCa粒子はランダムに分布させた.Matsui(1994)の粒子間ポテンシャルを使用し温度圧力一定条件下(T=298ないし1900K,P=26〜50GPa)でMgSiO_3からCaSiO_3にかけて組成1/16刻みでMD計算を行なうことにより,結晶系・格子定数・体積・エンタルピー・体積弾性率等を求めた.得られた主要な結果を要約すると以下のようになる.1.Mgに富んだ結晶は斜方晶系(空間群Pbnm),Caに富んだ結晶は立方晶系(空間群Pm3m)となる.2.斜方晶系の組成領域内では,結晶中のCa成分が増えるに従い体積が増大し,これに応じて体積弾性率は減少する.体積弾性率の組成依存は高温で拡大する.3.Caに富んだ立方晶系の結晶は,Mgに富んだ斜方晶系の結晶よりも(体積が大きいにもかかわらず)大きな体積弾性率をもつ.この傾向は,ペロフスカイトにおけるモル体積と体積弾性率との間にある経験的な関係(Fischer et al.,1993)に調和的である.4.混合の過剰エンタルピー・過剰体積は正となる.今回の結果のうち,上記3が特に注目される.高温高圧下で(Mg,Fe)SiO_3ペロフスカイトの斜方晶系から立方晶系への相転移があるならば,それに伴って弾性定数の不連続的な増加(数パーセント程度)が期待される.

The lower part of the earth contains many kinds of solid solutions. Mg is rich in orthorhombic system and Ca is rich in cubic system. In this paper, the solid solution of (Mg,Ca)SiO_3 is studied. The composition, crystallization, thermodynamics and properties of SiO_3 are studied. Preparation of solid solution (Mg,Ca)SiO_3 in orthorhombic system. Matsui(1994) studied the distribution of Mg particles and Ca particles in crystals. Under certain temperature and pressure conditions (T=298 ~ 1900K,P=26 ~ 50GPa), MgSiO_3 and CaSiO_3 were found to have a composition of 1/16. MD calculation was carried out to determine the crystal system, lattice number, volume, and volume ratio. The main results are as follows: 1. Mg-rich crystals in orthorhombic system (space group Pbnm), Ca-rich crystals in cubic system (space group Pm3m), 2. In orthorhombic system, Ca content in crystals increases, volume increases, and volume ratio decreases. The bulk conductivity depends on the composition of the high temperature. 3. Ca-rich cubic crystals, Mg-rich orthorhombic crystals (bulk). The tendency is to change the relationship between volume and property (Fischer et al., 1993) Harmonized.4. Mixed. The results of this review are as follows: 3. Under high temperature and high pressure,(Mg,Fe)SiO_3 phase transition from orthorhombic system to cubic system is expected to increase with the increase of the number of independent phases.

项目成果

赤松 直: "ペロフスカイト型固溶体の分子動力学計算" 日本鉱物学会 1996年度年会 予稿集. 78- (1996)

Nao Akamatsu：“钙钛矿固溶体的分子动力学计算”日本矿物学会 1996 年年会论文集 78-（1996）。

赤松 直: "Molecular dynamics simulation of perovskite-type solid solution" Mineralogical Journal. 18・3. 103- (1996)

赤松奈央：“钙钛矿型固溶体的分子动力学模拟”矿物学杂志18・3-（1996）。