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高温高圧下におけるカルシウム珪酸塩ペロヴスカイトの第一原理シミュレーション

高温高压下硅酸钙钙钛矿的第一性原理模拟

基本信息

批准号：
18840033
负责人：
土屋卓久
金额：
$ 1.77万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

CaSiO_3ペロヴスカイトはほぼ理想的な立方晶ペロヴスカイト構造をとるが、最近室温高圧下ではわずかに正方晶構造にひずんでいることが明らかとなった。この正方晶相は原子熱振動の非調和効果により高温下で立方晶相へ相転移すると考えられるが、高圧下での相転移境界は現在のところよくわかっていない。そこで本年度の研究では非調和固体に対する有効なシミュレーションの方法である第一原理分子動力学法をCaSiO_3ペロヴスカイト(80原子分子動力学セル)へ適用し、相転移の再現、相境界の決定を行い、マントル深部温度(2000〜2500K)での安定相の解明を試みた。その結果、100万気圧程度の圧力では、5000Kの高温でも正方晶ペロヴスカイトが安定となり、地球下部マントル全域で正方晶相が安定になることがわかった。またMgSiO_3をはじめとする斜方ペロヴスカイト型物質の高圧相として近年報告されたCaIrO_3型構造や、BaSiO_3など大きな二価陽イオンを持つ化合物がとる六方晶ペロヴスカイト構造の、CaSiO_3ペロヴスカイトにおける安定性についても調べた。その結果、CaSiO_3においてもCaIrO_3構造への相転移が約600万気圧程度で生じること、六方晶ペロヴスカイト構造はCaSiO_3では安定化しないことがわかった。密度汎関数法に基づく第一原理分子動力学法では、スーパーセルを用いて計算を行うため、多くの計算リソースが必要となる。本年度は第一原理定温分子動力学計算のプログラムを整備すると同時に、これを多数の温度・圧力条件で実行するために既存の並列PCクラスターを拡張し大容量高速計算システムを構築した。今後、粒子数を160原子以上に増加し分子動力学セルのサイズ効果の有無を精密に検討する予定である。

CaSiO_3 crystal structure is ideal for cubic crystal structure. Recently, under room temperature and high pressure, CaSiO_3 crystal structure is ideal for cubic crystal structure. The non-harmonic effect of atomic thermal vibration of tetragonal crystal phase is that the phase shift of cubic crystal phase occurs at high temperature and high pressure. This year's research focuses on the application of first-principles molecular dynamics to CaSiO_3-based solutions, reconstruction of phase transitions, determination of phase boundaries, and resolution of stable phases at deep temperatures (2000 ~ 2500K). As a result, the pressure of 1 million pressure is high, the temperature of 5000K is high, and the square crystal phase is stable in the lower part of the earth. The high pressure phase of MgSiO_3-type materials has been reported in recent years. CaIrO_3-type structure, BaSiO_3-type structure and CaSiO_3-type structure have been reported. As a result, the phase shift between the CaSiO_3 and CaIrO_3 structures is about 6 million degrees of pressure, and the hexagonal crystal structure is not CaSiO_3 but is stabilized. The density function method is based on the first-principles molecular dynamics method. This year, the first principle constant temperature molecular dynamics calculation system was established, and most of the temperature and pressure conditions were implemented. The existing parallel PC system was expanded and the high capacity high speed calculation system was constructed. In the future, the number of particles is increased to 160 atoms.