液体金属の環境変化に伴う物性変化の解明

阐明环境变化导致液态金属物理性质的变化

• 批准号: 03J10063
• 负责人: 森下 徹也
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J10063/
• 关键词: 分子動力学; 液体金属; アモルファス; シリコン; 第一原理計算; 高圧; 構造変化; 相転移

本研究では、電子状態を考慮した分子動力学計算(第一原理MD)により、環境変化に伴う液体やアモルファス相などの非秩序相の巨視的変化を、原子レベルから解明することを目的とする。本年は、シリコンの液体状態とアモルファス状態の加圧による構造変化を調べた。液体シリコンの構造変化を、1100Kと1500Kの2つの温度条件下で調べた。1100Kでは液体シリコンは過冷却状態であり、結晶の局所構造である四面体構造がかなり残存している。加圧を行うと、数GPaまでは大きく構造変化することがわかった。これは液体の動的構造にも反映されており、12GPaほどまでは加圧により拡散係数が上昇した。四面体構造の崩壊により各原子が動きやすくなったためと考えられる。一方1500Kでは、加圧による構造変化が1100Kのときほどではなかった。高温のため、すでに多くの四面体構造が崩壊していたためと思われる。そのため、拡散係数に対しては主にパッキングの効果が寄与し、加圧により拡散係数は減少した。アモルファスシリコンの構造変化も同様に調べた。常圧で液体を急冷して得たアモルファス相(低密度相)を室温で加圧した。11GPaまでは変化は見られなかったが、12GPaで大きな密度変化が観測された。十分平衡化した後得られたアモルファス相(高密度相)の局所構造を調べたところ、液体構造と非常に似ていることがわかった。本計算で得られた低密度相から高密度相へのアモルファス相同土の構造転移は、アモルファス氷で観測されている構造変化と酷似している。

这项研究旨在阐明由于通过分子动力学计算（第一个原理MD）考虑电子状态，由于原子水平从原子水平出发的环境变化而导致的无序相的宏观变化。今年，由于压力，我们研究了液体和无定形状态中硅的结构变化。在两个温度条件下研究了液体硅的结构变化：1100K和1500K。在1100K时，液态硅处于过冷状态，并且是晶体的局部结构的相当大的四面体结构。发现在施加压力时，结构显着更改为几个GPA。这也反映在液体的动态结构中，扩散系数增加了约12GPA的压力。这被认为是因为四面体结构的崩溃使每个原子更有可能移动。另一方面，在1500K时，由于压力引起的结构变化不及110万。据信，高温已经导致许多四面体结构塌陷。因此，堆积的影响主要导致扩散系数，并且由于压力而降低了扩散系数。类似研究了无定形硅的结构变化。通过在室温下加压在大气压下淬灭液体获得的无定形相（低密度相）。未观察到多达11 GPA的变化，但是在12 GPA时观察到大密度变化。研究了足够平衡后获得的无定形相（高密度相）的局部结构，并发现与液体结构非常相似。无定形同源土壤从低密度相位到该计算中获得的高密度相的结构过渡与在无定形冰中观察到的结构变化非常相似。

项目成果

森下徹也: "液体リンの加圧及び温度誘起相転移"高圧力の科学と技術. 第13巻第3号. 252-257 (2003)

Tetsuya Morishita：“液态磷的加压和温度诱导相变”《高压科学与技术》第 13 卷第 3 期。252-257 (2003)