Molecular dynamics study of ice in/on kaolinite under extreme conditions

極限環境下におけるカオリナイト内及びカオリナイト上の氷の分子動力学研究

奥村 雅彦   ; 小林 恵太 

Okumura, Masahiko; Kobayashi, Keita

氷は日常にありふれた物質であるが、極限状態における氷は我々のよく知っている氷とは異なる物性を持つ。高圧下において粘土鉱物の一種であるカオリナイトの層間に水分子が入り込み、その水分子はカオリナイト中に存在する酸素原子との相互作用によって氷のような配置を取ることが知られているが、その物性は未知のままである。また、星間塵は、珪酸塩からなるコアの周りを非晶質の氷が覆う構造を取り、その氷は有機物生成に重要な役割を果たすと考えられているが、その詳細な物性は不明である。本研究では、カオリナイトの層間氷に対して、大量の第一原理計算の結果を人工ニューラルネットワークで学習して高精度かつ低計算コストを実現した機械学習分子動力学法を適用し、物性を評価した。また、星間塵のコアは複雑な構造をとると考えられるため、原子スケールで平坦なカオリナイトの表面を理想化した星間塵コア表面に見立てて、古典分子動力学法シミュレーションでアモルファス氷生成過程を考察した。本講演では、これらの結果について発表する。

Ice is a common substance in everyday life, but ice in extreme conditions has different physical properties from the ice we are familiar with. It is known that under high pressure, water molecules are trapped between the layers of kaolinite and that these water molecules assume an ice-like configuration by interacting with oxygen atoms in the kaolinite. However, the physical properties of this configuration remain unknown. In addition, Interstellar dust has a silicate core surrounded by amorphous ice, which is thought to play an important role in the formation of organic matter. However, its detailed physical properties are unknown. In this study, we applied machine-learning molecular dynamics to kaolinite interlayer ice and evaluated its physical properties. In addition, the process of amorphous ice formation was discussed using classical molecular dynamics simulations, in which the atomically flat surface of kaolinite is assumed as an idealized interstellar dust core surface.