共同研究・競争的資金等の研究課題

2013年4月 - 2015年3月

溶融珪酸塩の高圧下におけるナノ構造と物性

日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
  • 則竹 史哉

課題番号
13J01856
配分額
(総額)
1,800,000円
(直接経費)
1,800,000円

研究計画では、二成分系珪酸塩液体の高圧力下における構造と物性の研究、および溶融珪酸塩/珪酸塩結晶界面のナノ構造と物性、および部分溶融系の力学的性質を明らかにすることを目標としていた。
古典分子動力学法を用いた研究により二成分系珪酸塩液体の高圧力下における構造と物性の関係は、これまでの研究で示唆されていたSiの配位数の変化にとは別の、それより低圧側における相転移的な構造変化を発見した。それは、構造の変化およびSi-Oの結合の交換速度とネットワーク構成元素の自己拡散係数の間のべき乗則の指数の変化、また体積圧縮率の微係数の変化で定義することができる。Siの配位数が4配位から6配位の状態に変化する前に組成と圧力によりイオン性液体的な単純な液体状態、そしてネットワーク性液体の状態そして員環分布が変化し石英の高圧相であるコース石と同じく四員環が増加し始めるコース石的な液体状態の3つの状態が存在することを明らかにした。
古典分子動力学法を用いて大規模な系の計算を行った溶融珪酸塩/珪酸塩結晶界面の研究においては、苦土カンラン石に挟まれた輝石組成液体膜の構造と物性に、その膜の厚さ依存性があることを見出した。特に、輝石組成液体膜が10 nm を下回る膜厚となると界面に周期的な組成の波が強く表れ、SiリッチなレイヤーとMgリッチなレイヤーが強く表れる。その結果、挟まれた液体膜内部における輸送係数がバルクのそれと比べ1桁以上低下する特異な挙動を発見した。