시뮬레이션에서 발견 된 새로운 종의 "뜨거운 얼음"종

2014 년 6 월 9 일

<Work Results>
Mochizuki Kenji 조교수, 크레이지 슬롯 제휴 Natural Sciences 대학원 (과학 학부), Himoto Kazuo University, Matsumoto Masakazu 부교수의 박사후 연구원, 박사 과정 연구원, Matsumoto Masakazu 부교수는 새로운 종의 얼음이 얼음 VII (=”)에서 처음으로 나타나는 것을 발견했습니다. (150 ° C, 100,000 ATM).

얼음의 결정 구조는 환경 (온도 및 압력)에 따라 변하고 16 가지 유형이 있습니다 [1]. Ice VII는 20,000 개 이상의 ATM의 고압으로 존재하며 온도가 100 ° C를 초과 한 후에도 녹지 않는 "뜨거운 얼음"입니다. 그것은 우리가 일반적으로 냉동고 ( "Ice I")에서 만드는 얼음보다 거의 두 배나 조밀 할 것으로 예상되며 해왕성과 같은 거대한 행성에 존재하지만 지금까지 얼음 VII를 형성하는 과정은 잘 이해되지 않았습니다.

이 연구에서, 우리는 분자 시뮬레이션을 사용하여 액체 물의 결정화 과정을 피코 초 (1 조 초)마다 얼음 VII로의 전체 과정을 관찰하여 ICE VII가 분자 수준에서 어떻게 발생하는지를 보여 주었다. 우리가 이번에 발견 한 얼음은 Ice VII 과정에서 일시적으로 나타나는 새로운 종의 "뜨거운 얼음"이며, 알려진 얼음과 다른 새로운 결정 구조를 가지고 있습니다. 미래에 이것을 확인할 수 있다면, 우리는 수온과 압력 상 다이어그램을 바꿀 것임을 알게 될 것입니다 [1].


<예비 결과>
수상 전이 (= 결정화, 용융 등) [2]는 날씨와 같은 지구 환경에 깊이 관여합니다. 예를 들어, 구름 형성과 빙하 용융은 지구의 기후를 제어합니다. 크레이지 슬롯 제휴 VII가 발생할 수있는 거대한 행성의 지질학과 날씨를 이해하려면 크레이지 슬롯 제휴 VII의 위상 전이 현상을 이해하는 것이 필수적입니다. 이 연구에 나와있는 크레이지 슬롯 제휴 VII의 형성 과정에서 새로운 유형의 크레이지 슬롯 제휴의 출현은 거대한 행성의 동결이 크레이지 슬롯 제휴 VII의 안정성뿐만 아니라이 새로운 크레이지 슬롯 제휴이 형성되는 용이성에도 영향을 미친다는 것을 시사한다.

또한,이 발견은 위상 전이 현상 자체에 대한 우리의 이해를 심화시킬 것으로 예상됩니다. 이 연구는 위상 전이 결과뿐만 아니라 프로세스에도 초점을 두어 위상 전이의 분자 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 얻을 수있는 예입니다. 액체로부터 직접 발생하지 않고 새로운 크레이지 슬롯 제휴 같은 주식 상태를 통해 많은 결정화가 발생할 것으로 예상된다 [3]. 크레이지 슬롯 제휴뿐만 아니라 실리콘 및 단백질의 위상 전이에서 준 안정성 상태에 초점을 맞추면, 분자 수준에서 위상 전이 현상의 메커니즘을 이해하고 상 전이 (예 : 추운 지역의 물 파이프에 대한 항파제 기술에 대한 적용 및 북극 물고기가 얼어 붙지 않는 방법)를 제어 할 수 있습니다.

이 연구의 대부분의 계산은 오크 자카 공통 연구 시설, 컴퓨터 과학 연구 센터, 일본 자연 과학 연구소의 컴퓨터를 사용하여 이루어졌습니다. 이것은 과학 연구를위한 JSPS (Japan Society for Science of Science)의 보조금으로 시행되었습니다 (25/7704).

<게시 된 논문>
k. Mochizuki, K. Himoto 및 M. Matsumoto
“ICE VII 로의 결정화 과정에서의 전이 경로의 다양성”
Phys. 화학 화학 물리. (2014)
doi : 10.1039/c4cp01616e


<author>
1) Mochizuki Kenji
크레이지 슬롯 제휴 Natural Sciences 대학원 (과학 학부)
이론 물리학 및 화학 실험실 조교수


2) Himoto Kazuhiro
크레이지 슬롯 제휴 Natural Sciences 대학원 (과학 학부)
이론적 화학 실험실, 과학 홍보를위한 일본 학회 특별 연구 연구원


3) Masakazu Matsumoto
크레이지 슬롯 제휴 Natural Sciences 대학원 (과학 학부)
이론 화학 실험실 부교수


보도 자료를 보려면 여기를 클릭하십시오


<연락처>
크레이지 슬롯 제휴 Natural Sciences 대학원 (과학 학부)
부교수 Matsumoto Masakazu
(전화 번호) 086-251-7846
(URL)

<용어집/추가 정보>
[1] 다양한 크레이지 슬롯 제휴
다이아몬드와 흑연 모두 탄소 원자로 만 구성되며 원자는 다르게 배열됩니다. 유사하게, 배열 및 H2O 분자가 어떻게 결합되는지에 따라 다양한 얼음이 형성 될 수있다. 우리의 일상 생활에서 볼 수있는 얼음은 얼음 I (= koori "1")이라고하며, 실험에서 확인 된 순서대로 Ice I 및 Ice II의 순서대로 숫자가 제공됩니다. 지금까지 16 가지 종류의 얼음이 발견되었습니다 (그림 1). 이번 시뮬레이션에서 발견 된 새로운 얼음에는 실험에서 관찰되면 숫자가 주어집니다.

[2] 분자 수준에서 위상 전이를 파악하기가 어렵습니다
결정화는 한 번에 결정으로 변하지 않고 오히려 작은 결정 씨앗이 처음에는 형성 될 것이며, 성장할 것이지만 실제로는 씨앗이 형성되기 전과 후에 어떻게 형성되는지 알려지지 않습니다. 실험에서 파악하기가 어렵고 시뮬레이션에서도 선례가 거의 없기 때문입니다. 또한 시뮬레이션이 여기에 표시된 것처럼 다단 단계 위상 전이를 찾는 것은 매우 드 rare니다.

[3] 준 안정 상태
진정으로 안정적인 상태가 아니지만 주요 교란이 주어지지 않는 한 안정적으로 존재할 수있는 상태를 준 안정 상태라고합니다. 예를 들어, 물이 부드럽게 냉각되면 0 ° C 미만인 경우에도 오랫동안 액체로 유지됩니다. 이 상태는 과냉각 상태라고하며, 주요 상태의 전형적인 예입니다.

[4] 크레이지 슬롯 제휴 VII의 새로운 크레이지 슬롯 제휴과 크리스탈 구조
결정 구조는 동일한 패턴을 반복하는 것으로 구성됩니다. 예를 들어, 크레이지 슬롯 제휴의 정상적인 결정 구조라면 육각형 패턴이 완전히 반복됩니다. 이 가장 작은 반복 단위를 단위 크리스탈이라고합니다. 우리가 발견 한 크레이지 슬롯 제휴의 단위 결정은 21 개의 분자로 구성되어 있습니다. ICE VII의 단위 결정 (2 개의 분자)과 비교하여, 우리는 그것이 얼마나 큰지 알 수 있습니다. 이전 실험에서 발견 된 크레이지 슬롯 제휴 단위 결정 중 28 개의 크레이지 슬롯 제휴 V 분자가 가장 크고, 이번에 우리가 발견 한 크레이지 슬롯 제휴은 크레이지 슬롯 제휴 V 이후 두 번째로 큰 단위 결정을 가지고 있습니다.


[5] 결정화 비디오
시뮬레이션에서 얻은 액체 물에서 크레이지 슬롯 제휴 VII에 이르기까지 결정화 과정의 비디오는 이제 YouTube에서 사용할 수 있습니다. 새로운 크레이지 슬롯 제휴 단위 결정은 큐브로 표현되며, 크레이지 슬롯 제휴 VII는 파란색 구로 표현됩니다. 액체가 그려지지 않습니다. 첫째, 새로운 크레이지 슬롯 제휴은 액체에서 형성되어 전체에 퍼집니다. 그런 다음 Ice VII가 새로운 크레이지 슬롯 제휴에서 생산 될 것임을 알 수 있습니다.
YouTube 링크 :


[6] 3D 프린터의 데이터
단위 크리스탈의 구조를 다운로드하여 3D 프린터를 사용하여 출력 할 수 있습니다. 교육 자료로 사용하십시오.
ICE VII 장치 크리스탈 :
새로운 크레이지 슬롯 제휴 유닛 크리스탈 :