Short-range structure of vitreous PO by MD simulation

分子動力学シミュレーションによるPOガラスの短範囲構造

鈴木 喜博*; 高瀬 桂一*; 秋山 功*; 鈴谷 賢太郎; 梅咲 則正*; 大鳥 範和*

Suzuki, Yoshihiro*; Takase, Keiichi*; Akiyama, Isao*; Suzuya, Kentaro; Umesaki, Norimasa*; Otori, Norikazu*

POガラスの短範囲構造を、2体クーロン・ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーション法によって再現することに成功した。POガラスの最隣接原子相関P-Oは、P原子周りのO原子の配位数が4配位のPO四面体を形成しており、そのうち3配位のO原子は他のPO四面体と頂点共有で架橋(bridging)している架橋酸素(Bridging Oxygen)Oであり、残りの1配位のO原子は非架橋の酸素(terminal Oxygen)Oであることが構造化学的に予測され、パルス中性子回折実験の結果からもその短範囲構造は支持されている。われわれは、簡単な2体クーロン・ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションを行い、パルス中性子回折実験による構造因子のhigh-Q側をよく再現する構造モデルを得た。このモデルの短範囲構造は、距離の長いP-Oが3つと距離の短いP-Oが1つからなる非対称なPO四面体構造を形成しており、その距離及び配位数は実験結果とよく一致した。このことは、POガラスの短範囲構造は、単に原子(イオン)の持つ電荷とサイズのみから決まっていることを意味している

We have performed the molecular dynamics (MD) simulations for vitreous PO using isotropic pair potentials composed only of coulombic and repulsive interaction. The obtained P-O pair distribution function reproduced the two peaks expected from the results of neutron diffraction experiments, in the nearest-neighbor P-O correlation. The neutron-weighted real-space correlation function were also in semi-quantitative agreement with that from the experimental results. The distribution of coordination number for O around P and P around O showed that most P atoms form tetrahedral PO units in the glass and three-fifths of O atoms are bridging oxygen, O, and the others are terminal one, O. The pair distribution functions for P-O and P-O clarified the PO units have three long P-O bonds and one short P-O bond. We have concluded that the short-range structure for vitreous PO agrees well with the picture derived from many experiments.