Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và động học của các vật liệu SiO2 và MgSiO3 lỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUYỆN THỊ SAN NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA CÁC VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 LỎNG Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 62520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN HỒNG GS TS VŨ VĂN HÙNG HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Thay mặt tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Văn Hồng Luyện Thị San LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Văn Hồng GS TS Vũ Văn Hùng, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Bộ môn Vật lý tin học, Viện Vật lý kỹ thuật phòng đào tạo Sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dành cho tơi suốt q trình nghiên cứu, thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2017 Luyện Thị San MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt ký hiệu Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HAI VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 1.1 Tổng quan vật liệu SiO2 11 1.1.1 Cấu trúc 11 1.1.2 Hiện tượng đa thù hình 14 1.1.3 Các tượng động học 17 1.2 Tổng quan vật liệu MgSiO3 22 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 2.1 Phương pháp mơ động lực học phân tử 28 2.2 Xây dựng mơ hình động lực học phân tử 31 2.2.1 Thế tương tác 31 2.2.2 Mơ hình động lực học phân tử 33 2.3 Phân tích cấu trúc 35 2.3.1 Hàm phân bố xuyên tâm 35 2.3.2 Số phối trí đơn vị phối trí 37 2.3.3 Phân bố góc 38 2.3.4 Kỹ thuật trực quan hóa 39 2.4 Phân tích động học 39 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA SiO2 LỎNG 3.1 Hiện tượng đa thù hình 43 3.2 Hiện tượng động học 51 3.2.1 Cơ chế khuếch tán 51 3.2.2 Động học không đồng 63 CHƯƠNG CẤU TRÚC CỦA MgSiO3 LỎNG 4.1 Cấu trúc địa phương Si Mg 72 4.2 Hiện tượng tách pha vi mô 79 KẾT LUẬN 90 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐLHPT Động lực học phân tử PBXT Phân bố xuyên tâm VĐH Vơ định hình ĐVPT Đơn vị phối trí BO Nguyên tử ôxy cầu NBO Nguyên tử ôxy không cầu BKS Van Beets – Kramer – Van Santen OG Oganov NPT Số hạt, áp suất nhiệt độ không đổi NVE Số hạt, thể tích lượng khơng đổi Si Ngun tử silíc O Ngun tử ơxy NRM Cộng hưởng từ hạt nhân DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Các thông số BKS hệ SiO2 31 Bảng 2.2 Các thông số OG hệ MgSiO3 33 Bảng 3.1 Đặc trưng cấu trúc SiO2 lỏng nhiệt độ áp suất khác 44 nhau: rlk vị trí đỉnh thứ hàm PBXT thành phần, TN: Thực nghiệm, MP: mô Bảng 3.2 Sự phân bố OSi3 mối liên kết ĐVPT SiOx liền 47 kề thông qua cạnh dùng chung (Ne) mặt dùng chung (Nf) SiO2 lỏng Bảng 3.3 Tốc độ chuyển đổi ĐVPT nhiệt độ khác 64 Bảng 4.1 Đặc trưng cấu trúc MgSiO3 lỏng áp suất khác nhau: 73 rlkj vị trí đỉnh thứ hàm PBXT thành phần Bảng 4.2 Sự phân bố BO ĐVPT SiO4 áp suất 84 khác Bảng 4.3 Sự phân bố BO ĐVPT SiO5 áp suất 84 khác Bảng 4.4 Sự phân bố BO ĐVPT SiO6 áp suất khác 84 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1 Minh họa điều kiện biên tuần hồn 30 Hình 2.2 Hàm PBXT cho hệ thành phần 36 Hình 2.3 Hàm PBXT cặp cho hệ hai thành phần 36 Hình 2.4 Hàm PBXT cặp Si-O hệ MgSiO3 lỏng T = 3500 K, P = 37 30 GPa Hình 2.5 Số lượng chuyển đổi phụ thuộc vào thời gian 41 Hình 2.6 Minh họa đám hình thành nguyên tử Si O Khối cầu màu 42 đen Si, màu vàng O Hình 3.1 Năm ĐVPT cấu thành mạng SiO2 lỏng: SiO4 (a); SiO5 (b); SiO6 45 (c); OSi2 (d); OSi3 (d) Khối cầu nhỏ O khối cầu lớn Si Hình 3.2 Sự phân bố tỉ phần ĐVPT SiOx OSiy áp suất khác 45 Hình 3.3 Phân bố góc Si-O-Si khoảng cách liên kết O-Si 46 ĐVPT OSi2 OSi3 Hình 3.4 Liên kết ĐVPT SiOx đám hình thành SiOx 48 (khối cầu lớn Si nhỏ O): Liên kết ĐVPT SiOx thông qua BO (a); Liên kết ĐVPT SiOx thông qua BO (b); OSi3 (c); Đám SiO4 hình thành pha mật độ thấp (d); Đám SiO5 SiO6 hình thành pha mật độ cao (e) Hình 3.5 Sự phân bố ĐVPT SiOx OSiy SiO2 lỏng (T = 3200 49 K) áp suất 5, 15 25 GPa Khối cầu lớn Si, khối cầu nhỏ O Hình 3.6 Sự phụ thuộc mật độ vào áp suất SiO2 lỏng 50 Hình 3.7 Độ dịch chuyển bình phương trung bình nguyên tử trung 52 tâm với giá trị k khác Hình 3.8 Sự phụ thuộc χ vào thời gian mô 53 Hình 3.9 Độ dịch chuyển bình phương trung bình/1 ngun tử cho nhóm 54 ngun tử thứ thứ hai Hình 3.10 Số lượng đám tạo nguyên tử thuộc nhóm nguyên tử A1, 55 A2 A3 thời điểm mô khác Hình 3.11 Kích thước đám lớn thời điểm mô khác nhau, 56 P = GPa Hình 3.12 Độ dịch chuyển bình phương trung bình số lượng đám tạo 57 nguyên tử nhóm A2 A3; A2 A3 lựa chọn thời điểm td = 47.8 ps áp suất P = GPa Hình 3.13 Số lượng đám tạo nguyên tử thuộc nhóm nguyên tử A1, 59 A4 A5 thời điểm mô khác Hình 3.14 Số lượng chuyển đổi trung bình cho nguyên tử độ dịch 60 chuyển bình phương trung bình ngun tử nhóm A1, A4 A5 P = GPa Hình 3.15 Số chuyển đổi trung bình số phối trí trung bình ZD thời 61 điểm mô khác nhau; P = GPa, T = 3000 K Hình 3.16 Minh họa chuyển động nguyên tử Khối cầu màu đen 63 ứng với đám cứng Khối cầu đỏ xanh ứng với nguyên tử linh động Khối cầu màu đỏ ứng với nguyên tử thuộc siêu phân tử Hình 3.17 a) Chuyển đổi có ích; b) Chuyển đổi khơng có 64 Hình 3.18 Sự phụ thuộc áp suất hệ số khuếch tán (a) tốc độ chuyển 65 đổi (b), T = 3000 K Hình 3.19 Sự phụ thuộc η = Mbt/Mbo vào số lượng chuyển đổi, T = 66 3000 K Hình 3.20 Minh họa trình dịch chuyển nguyên tử: A) Một 68 nguyên tử dịch chuyển qua khoảng không hai nguyên tử để tới vị trí mới; B) Sự dịch chuyển nhóm ngun tử Hình 3.21 Hệ số khuếch tán Si O cho hệ nhiệt độ áp suất khác 68 Hình 3.22 Sự phụ thuộc η vào số lượng chuyển đổi trung bình nhiệt 69 độ 2600 K 3000 K Hình 4.1 Hàm PBXT gSi-O(r), gMg-O(r), gSi-Mg(r), gSi-Si(r), gO-O(r) gMgMg(r) Hình 4.2 74 MgSiO3 T = 3000 K áp suất khác Cấu trúc mạng MgSiO3 lỏng áp suất GPa (Khối cầu màu 75 đỏ nguyên tử Mg, khối cầu màu đen nguyên tử Si khối cầu màu vàng O) Hình 4.3 Sự phân bố ĐVPT SiOx (x = 4, 5, 6) MgSiO3 lỏng 76 áp suất thay đổi Hình 4.4 Phân bố góc O-Si-O ĐVPT SiOx (x = 4, 5, 6) 77 MgSiO3 lỏng áp suất khác Hình 4.5 Phân bố khoảng cách liên kết Si-O MgSiO3 lỏng áp 77 suất khác Hình 4.6 Phân bố tỉ phần ĐVPT MgOx (trái) số phối trí trung bình 78 Mg (phải) áp suất thay đổi Hình 4.7 Phân bố cầu nối OTy (y = 2÷6; T Si Mg) áp suất 79 thay đổi Hình 4.8 Phân bố tỉ phần nguyên tử O hình thành cầu nối 80 MgSiO3 lỏng áp suất thay đổi Hình 4.9 Mạng Si-O MgSiO3 bị vỡ thành mạng con, 81 (Khối cầu màu đen Si, khối cầu màu vàng O) Hình 4.10 Cầu nối hình thành nguyên tử Mg gắn vào mạng Si-O 82 thơng qua BO NBO Hình 4.11 Sự phân bố BO, NBO ôxy tự MgSiO3 lỏng 83 áp suất thay đổi Hình 4.12 Sự phân bố O-Six, O-Mgy Sin-O-Mgm (x, y, n, m = ÷ 6) 83 MgSiO3 lỏng áp suất thay đổi Hình 4.13 Sự phân bố không gian cầu nối O-Six MgSiO3 lỏng 86 áp suất 30 GPa Khối cầu màu đen Si, màu vàng O Hình 4.14 Sự phân bố khơng gian O-Mgy MgSiO3 lỏng áp suất 30 GPa Khối cầu màu vàng O màu đỏ Mg 86 Bảng 4.2 Sự phân bố BO ĐVPT SiO4 áp suất khác P(GPa) SiO4 SiO4-0 SiO4-1 SiO4-2 SiO4-3 SiO4-4 719 479 10 85 43 256 132 255 190 114 104 10 15 20 271 184 110 1 24 11 72 39 27 107 80 46 66 53 32 25 78 13 27 34 30 61 1 30 21 Bảng 4.3 Sự phân bố BO ĐVPT SiO5 áp suất khác P(GPa) SiO5 SiO5-0 SiO5-1 SiO5-2 SiO5-3 SiO5-4 SiO5-5 226 30 64 84 44 10 15 441 562 541 12 10 58 37 28 89 125 125 183 220 210 99 169 174 20 25 30 510 467 414 24 15 16 102 84 79 199 191 175 180 173 144 Bảng 4.4 Sự phân bố BO ĐVPT SiO6 áp suất khác P(GPa) SiO6 SiO6-0 SiO6-1 SiO6-2 SiO6-3 SiO6-4 SiO6-5 SiO6-6 13 0 10 15 20 25 30 71 160 262 359 434 474 0 0 0 0 4 20 21 21 19 26 10 23 42 59 73 71 31 55 97 139 171 173 23 59 98 134 167 198 Thông tin chi tiết phân bố BO ĐVPT SiOx, kết bảng 4.2, 4.3 4.4 ĐVPT SiO4 có n nguyên tử O lân cận BO kí hiệu SiO4-n Từ bảng 4.2 thấy áp suất GPa số lượng ĐVPT SiO4 84 719 Trong ĐVPT SiO4 này, có ĐVPT SiO4-0 nằm lập, 85 ĐVPT SiO4-1, 256 ĐVPT SiO4-2, 255 ĐVPT SiO4-3, 114 ĐVPT SiO4-4 Như vậy, áp suất thấp phần lớn ĐVPT SiO4 có nguyên tử O lân cận BO Tương tự, phân bố BO ĐVPT SiO5 SiO6 đưa bảng 4.3 4.4 ĐVPT SiO5 với n nguyên tử O xung quanh BO kí hiệu SiO5-n ĐVPT SiO6 với n nguyên tử O xung quanh BO kí hiệu SiO6-n Phần lớn ĐVPT SiO5 có 3, nguyên tử O lân cận BO Với SiO6, phần lớn có nguyên tử O lân cận BO Tỉ phần ĐVPT SiOx nằm lập (khơng có ngun tử O lân cận BO) nhỏ (dưới 1%) tồn áp suất thấp Sự tồn lượng đáng kể nguyên tử O lân cận ĐVPT SiO4, SiO5 SiO6 BO dẫn tới tồn nguyên tử O liên kết với Si hình thành nên cầu nối O-Six Kết khảo sát thay đổi tỉ phần O-Six, O-Mgy Sin-O-Mgm hình 4.12 Cầu nối Sin-O-Mgm chiếm tỉ lệ đáng kể tất áp suất Tuy nhiên, tồn lượng nhỏ O-Six với tỉ phần có xu hướng giảm áp suất tăng từ 16% GPa xuống 4% 30 GPa Với cầu nối O-Mgy, áp suất GPa, tỉ phần O-Mgy chiếm khoảng 7% sau giảm xuống 4% 30 GPa Sự tồn cầu nối O-Mgy mạng MgSiO3 lỏng tồn lượng ôxy tự dẫn tới nguyên tử Mg có xu hướng liên kết với nguyên tử ôxy tự để đảm bảo cân điện tích Sử dụng kỹ thuật trực quan hóa, thấy rõ phân bố O-Six OMgy khơng gian mơ (hình 4.13 4.14) Cầu nối O-Siy O-Mgy phân bố không đồng không gian hai áp suất 30 GPa Chúng có xu hướng tập hợp lại với để hình thành mạng Si-O Mg-O Ở áp suất thấp, hai mạng có dạng dạng chuỗi có xu hướng phân bố tồn khơng gian ô mô phỏng, phân bố không đồng Ở áp suất cao, hai mạng O-Si O-Mg có xu hướng hình thành đám lớn nằm cô lập với Những phân tích chứng tỏ chất lỏng MgSiO3 có khơng đồng cấu trúc thành phần, tồn vùng gồm Si O liên kết với gọi vùng Si, vùng gồm Mg O liên kết với gọi vùng Mg Đây xem chứng tồn q trình tách pha vi mơ lỏng-lỏng MgSiO3 85 Mạng Si-O GPa Mạng Si-O 30 GPa Hình 4.13 Sự phân bố khơng gian cầu nối O-Six MgSiO3 lỏng áp suất 30 GPa Khối cầu màu đen Si, màu vàng O Mạng Mg-O 30 GPa Mạng Mg-O GPa Hình 4.14 Sự phân bố không gian O-Mgy MgSiO3 lỏng áp suất 30 GPa Khối cầu màu vàng O màu đỏ Mg Trong toàn thời gian mô phỏng, nguyên tử O liên kết với nguyên tử Si Mg tạo thành loại ĐVPT khác Các ĐVPT liên kết với tạo thành tập hợp lớn khơng gian với hình dạng kích thước khác Trực quan hóa mơi trường phối trí mơ giúp thu thông tin nhằm củng cố kết luận đưa phân tích Hình 4.15 cấu trúc mạng MgSiO3 lỏng hai áp suất 30 GPa Cấu trúc mạng MgSiO3 lỏng bao gồm đám chuỗi ĐVPT SiOx, đám 86 chuỗi hình thành nên cấu trúc mạng vật liệu Nguyên tử Mg có xu hướng liên kết với ơxy tự NBO hình thành ĐVPT MgOy gắn vào đám/chuỗi SiOx Các chuỗi đám SiOx hình thành nên vùng Si Các ĐVPT MgOy liên kết với hình thành nên vùng Mg Đây nguồn gốc khơng đồng thành phần hóa học cấu trúc vật liệu Sự khơng đồng thành phần hóa học cấu trúc dẫn tới không đồng động học GPa 30 GPa Hình 4.15 Cấu trúc mạng MgSiO3 lỏng GPa 30 GPa Đám/chuỗi SiOx ứng với màu đen; Đám/chuỗi MgOy ứng với màu đỏ (Các ĐVPT SiOx ứng với khối cầu màu đen MgOy ứng với khối cầu màu đỏ 87 Kết luận chương Luận án xây dựng mẫu MgSiO3 lỏng nhiệt độ 3500 K áp suất từ tới 30 GPa phương pháp mô ĐLHPT sử dụng tương tác OG Đặc trưng cấu trúc mẫu phù hợp với cơng trình thực nghiệm mơ khác Cấu trúc mạng MgSiO3 lỏng dải áp suất 0÷30 GPa hình thành chủ yếu từ ĐVPT SiOx với x = 4÷6 MgOy với y = 3÷9 Tỉ phần ĐVPT SiO4 giảm tỉ phần SiO6 tăng áp suất tăng Tỉ phần ĐVPT SiO5 tăng tới giá trị cực đại 54% áp suất ~15 GPa sau giảm xuống Cấu trúc hình học loại ĐVPT không thay đổi áp suất thay đổi Môi trường địa phương Si MgSiO3 lỏng tương tự SiO2 lỏng Môi trường địa phương Mg thay đổi đáng kể áp suất thay đổi, số phối trí trung bình Mg thay đổi từ 4.3 áp suất GPa tới 6.8 áp suất 30 GPa Ở áp suất thấp, tỉ phần MgO4 chiếm ưu so với ĐVPT khác có xu hướng giảm áp suất tăng Tỉ phần ĐVPT MgO5 MgO6 tăng tới giá trị cực đại sau giảm xuống áp suất tăng Các ĐVPT SiOx liên kết với thông qua BO hình thành nên mạng Si-O Ở áp suất thấp, mạng Si-O bị vỡ thành mạng dẫn tới hình thành nhiều NBO Các nguyên tử Mg có xu hướng liên kết với mạng Si-O thơng qua BO NBO hình thành cầu nối nối Mg3-O-Si, Mg4-O-Si, Mg-O-Si2, Mg2-O-Si2, Mg3O-Si2, Mg-O-Si3, Mg2-O-Si3 Tỉ phần NBO giảm từ 47% GPa tới 27% 30 GPa, tỉ phần BO tăng từ 46% GPa tới 69% 30 GPa Khi áp suất tăng, số lượng NBO giảm BO tăng dẫn tới mức độ polymer hóa tăng tương ứng với mở rộng mạng Si-O tồn khơng gian Luôn tồn lượng nhỏ O tự tất áp suất khảo sát, với tỉ phần 7% áp suất GPa giảm xuống 4% 30 GPa Những nguyên tử O tự liên kết với nguyên tử Mg dẫn tới hình thành cầu nối O-Mgy Cầu nối O-Mgy phân bố khơng đồng khơng gian, có xu hướng tập hợp lại thành đám hình thành nên vùng Mg Luôn tồn lượng đáng kể O lân cận ĐVPT SiO4, SiO5 SiO6 BO Vì mạng MgSiO3 lỏng ln có nguyên tử O liên kết với Si, hình thành nên cầu nối O-Six Các cầu nối phân bố không đồng 88 không gian có xu hướng tạo thành đám, tương ứng với vùng Si, vùng có Si O liên kết với Sự tồn vùng Si vùng Mg chứng tồn tượng tách pha vi mô MgSiO3 lỏng Kết chương cơng bố cơng trình Eur Phys J B 89, pp 73(10) (2016) Journal of Science of HNUE 60 (7), pp 62-67 (2016) 89 KẾT LUẬN Luận án đạt kết sau: Sử dụng phương pháp mô ĐLHPT luận án xây dựng 16 mẫu SiO2 lỏng với nhiệt độ 2600÷3500 K áp suất 0÷30 GPa, mẫu MgSiO3 lỏng nhiệt độ 3500 K áp suất 0÷30 GPa Kết khảo sát đặc trưng cấu trúc mẫu phù hợp với cơng trình mơ thực nghiệm trước Hiện tượng đa thù hình SiO2 lỏng áp suất thay đổi mơ tả dựa mơ hình hai trạng thái Cấu trúc mạng SiO2 lỏng hình thành từ ĐVPT liên quan tới trật tự gần (SiO4, SiO5 SiO6) ĐVPT liên quan tới trật tự tầm trung (OSi2 OSi3) Luôn tồn đồng thời hai pha: pha mật độ thấp pha mật độ cao SiO2 lỏng với tỉ phần phụ thuộc áp suất Pha mật độ thấp tạo SiO4 liên kết với thông qua OSi2 Pha mật độ cao tạo ĐVPT SiO5 SiO6 liên kết với thông qua OSi3 Khi áp suất tăng, có dịch chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao Mật độ SiO2 lỏng áp suất tính thơng qua tỉ phần ĐVPT OSi2 OSi3 Sự tạo thành đám nguyên tử linh động - linh động chứng tồn động học không đồng SiO2 lỏng Sự tạo thành đám nguyên tử chuyển đổi nhiều - chuyển đổi chứng cho thấy chuyển đổi phân bố không đồng không gian Cấu trúc không đồng nguyên nhân dẫn tới phân bố không đồng chuyển đổi tượng động học không đồng Khuếch tán xem xét dựa chế chuyển đổi ĐVPT Khảo sát trình chuyển đổi ĐVPT cho thấy khuếch tán phụ thuộc vào tốc độ chuyển đổi cách thức xảy chuyển đổi Chính chuyển đổi dẫn tới thay đổi tập hợp nguyên tử lân cận hay gọi chuyển đổi có ích thực ngun nhân dẫn tới trình khuếch tán Trong SiO2 lỏng tồn hai dạng chuyển động khác nhau: chuyển động tương quan chuyển động tự Chuyển động tương quan liên quan tới chuyển động nhóm nguyên tử, chúng giống siêu phân tử di chuyển lòng chất lỏng cho nguyên nhân dẫn tới khuếch tán dị thường thuyên giảm động học 90 Cấu trúc địa phương Si MgSiO3 lỏng tương tự SiO2 lỏng Trong dải áp suất khảo sát 0÷30 GPa, chủ yếu tồn ĐVPT SiOx (x = 4÷6) MgOy (y = 3÷9) Khi áp suất tăng, tỉ phần SiO4 giảm tỉ phần SiO6 tăng Tỉ phần SiO5 tăng đạt tới giá trị cực đại ~15 GPa Cấu trúc hình học ĐVPT khơng phụ thuộc vào áp suất Số phối trí trung bình Mg thay đổi từ 4.3 áp suất GPa tới 6.8 áp suất 30 GPa MgO4 chiếm ưu áp suất thấp, sau có xu hướng giảm Tỉ phần ĐVPT MgO5 MgO6 tăng tới giá trị cực đại sau giảm xuống áp suất tăng Khi áp suất tăng, tỉ phần BO tăng dẫn tới tăng mức độ polymer hóa mạng, đồng thời mạng Si-O liên kết với tạo thành đám thay mạng nằm riêng lẻ Nguyên tử Mg liên kết với nguyên tử O tự dẫn tới tồn vùng Mg Một lượng lớn ĐVPT SiO4, SiO5 SiO6 với đa phần nguyên tử O lân cận BO dẫn tới tồn vùng Si Cấu trúc mạng không đồng với tồn đồng thời vùng Si vùng Mg hay gọi tượng tách pha vi mô 91 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN L.T.San and N.V.Hong (2015) Pressure-induced structural changes in liquid MgSiO3 Journal of Science of HNUE 60 (7), pp 62-67 L.T.San, P.K.Hung, and H.V.Hue (2016) The study of dynamics heterogeneity and slow down of silica by molecular dynamics simulation Journal of Physics: Conference Series 726, pp 012020(7) N.T.T.Nhan, P.H.Kien, P.K.Hung, N.V.Hong, and L.T.San (2016) About the diffusion mechanism in the silica liquid Int J Mod Phys B 30, pp 1650059(11) L.T.San, N.V.Hong, T.Iitaka, and P.K.Hung (2016) Structural organization, micro-phase separation and polyamorphism of liquid MgSiO3 under compression Eur Phys J B 89, pp 73(10) L.T.San, N.V.Hong, and P.K.Hung (2016) Polyamorphism of liquid silica under compression based on five order-parameters and two-state model: a completed and unified description High Pressure Research 36, pp 187-197 P.K.Hung, P.H.Kien, L.T.San, and N.V.Hong (2016) The study of diffusion in network-forming liquids under pressure and temperature Physica B 501, pp 18-25 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Mai Thị Lan (2015) Mô vi cấu trúc chế khuếch tán xít MgO, Al2O3 GeO2 trạng thái lỏng Luận án tiến sĩ vật lý kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Nguyễn Thị Thanh Hà (2014) Nghiên cứu chế khuếch tán vật liệu vơ định hình Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Quốc gia Hà Nội [3] Nguyễn Văn Hồng (2010) Mơ ơxít hai ngun trạng thái vơ định hình lỏng Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiếng anh [4] A.R.Oganov, J.P.Brodholt and G.D.Price (2000) Comparative study of quasiharmonic lattice dynamics, molecular dynamics, and Debye model applied to MgSiO3 perovskite Phys Earth Planet Inter 122, pp 277-288 [5] B.B.Karki, D.Bhattarai and L.Stixrude (2007) First-principles simulations of liquid silica: Structural and dynamical behavior at high pressure Phys Rev B 76, pp 104205(11) [6] B.Doliwa and A.Heuer (2000) Cooperativity and spatial correlations near the glass transition: Computer simulation results for hard spheres and disks Phys Rev E 61, pp 6898 (11) [7] B.M.Al-Hasni and G.Mountjoy (2014) A molecular dynamics study of the atomic structure of (MgO)x(SiO2)100-x J Non-Cryst Solids 389, pp 33-44 [8] B.VanBeest, G.Kramer, R.VanSanten (1990) Force fields for silicas and aluminophosphates based on ab initio calculations Phys Rev Lett 64, pp 1955-1958 [9] B.Vessal, M.Amini, H.Akbarzadeh (1994) Molecular dynamics simulation of molten silica at high pressure J Chem Phys 101, pp 7823-7827 [10] C.A.Angell, C.A.Scamehorn, C.C.Phifer, R.R.Kadiyala, and P.A.Cheeseman (1988) Ion dynamics studies of liquid and glassy silicates, and gas-in-liquid solutions Phys Chem Minerals 15, pp.221- 93 227 [11] C.D.Yin, M Okuno, H.Morikawa and F.Marumo (1983) Structure analysis of MgSiO3 glass J Non-Cryst Solids 55, pp 131-141 [12] C.J.Benmore, E.Soignard, S A.Amin, M.Guthrie, S.D.Shastri, P.L.Lee, and J L Yarger (2010) Structural and topological changes in silica glass at pressure Phys Rev B 81, pp 054105 (5) [13] C.J.Fennel and J.D.Gêzlter (2006) Is the Ewald summation still necessary? Pairwise alternatives to the accepted standard for long-range electrostatics J Chem Phys 124, pp 234104(12) [14] C.Meade, R.J.Hemley, and H.K.Mao (1992) High-pressure X-ray diffraction of SiO2 glass Phys Rev Lett 69, pp 1387-1390 [15] C.Sonneville, C.Sonneville, T.Deschamps, C.Martinet, D.Ligny, A.Mermet and B Champagnon (2013) Polyamorphic transitions in silica glass J NonCryst Solids 382, pp 133-136 [16] D.J.Lacks (2000) First-order amorphous-amorphous transformation in silica Phys Rev Lett 84, pp 4629-4632 [17] D.J.Lacks, D.B.Rear, J.A.Van Orman (2007) Molecular dynamics investigation of viscosity, chemical diffusivities and partial molar volumes of liquids along the MgO–SiO2 join as functions of pressure Geochim Cosmoch Acta 71, pp 1312-1321 [18] D Machon, F Meersman, M.Wilding, M.Wilson, and P.McMillan (2014) Pressure-induced amorphization and polyamorphism: Inorganic and biochemical systems Prog Mater Sci 61, pp 216-282 [19] D.Turnbull (1961) Free‐Volume Model of the Amorphous Phase: Glass Transition J chem Phys 34, pp.120-125 [20] E.Bourova, S.C.Parker and P.Richet (2000) High-temperature structure and dynamics of coesite (SiO2) from numerical simulations Phys Chem Minerals 31, pp 569-579 [21] E.Flenner and G.Szamel (2006) Anisotropic spatially heterogeneous dynamics in a model glass-forming binary mixture J Phys.: Condens Matter 19, pp 205125 (8) 94 [22] E.G.Ponyatovsky and O.I.Barkalov (1992) Pressure-induced amorphous phases Mater Sci Rep 8, pp 147-191 [23] E.Lascaris, M.Hemmati, S.V.Buldyrev, H.E.Stanley, and C.A.Angell (2015) Diffusivity and short-time dynamics in two models of silica J Chem Phys 142, pp 104506(8) [24] E.R.Weeks, J.C.Crocker, A.C.Levitt, A.Schofield, D A.Wei (2000) Threedimensional direct imaging of structural relaxation near the colloidal glass transition Science 287, pp 627-631 [25] E.R.Weeks, J.C.Crocker, D.A.Weitz (2007) Short- and long-range correlated motion observed in colloidal glasses and liquids J Phys.: Condens Matter 19, pp 2015131(12) [26] F.J.Spera, M.S.Ghiorso, D.Nevins (2011) Structure, thermodynamic and transport properties of liquid MgSiO3: Comparison of molecular models and laboratory results Geochim Cosmochim Acta 75, pp 1272-1296 [27] F.P.McMillan, M.Wilson, M.C.Wilding, D.Daisenberger, M.Mezouar and G.N.Greaves (2007) Polyamorphism and liquid–liquid phase transitions: challenges for experiment and theory J Phys Condens Matter 19, pp 415101(41) [28] G.Adam and J.H.Gibbs (1965) On the Temperature Dependence of Cooperative Relaxation Properties in Glass‐Forming Liquids J Chem Phys 43, pp 140-146 [29] G.Ceder and N.Marzari (2005) Atomic Computer Modeling of Materials MIT OCW, USA [30] G.D Mukherjee, S.N.Vaidya, and V.Sugandhi (2001) Direct observation of amorphous to amorphous apparently first-order phase transition in fused quartz Phys Rev Lett 87, pp 195501(4) [31] G.Lois, J.Blawzdziewicz and C.O’Hern (2009) Percolation Model for Slow Dynamics in Glass-Forming Materials Phys Rev Lett 102, pp 015702(4) [32] H.Tanaka (2005) Two-order-parameter model of the liquid–glass transition II Structural relaxation and dynamic heterogeneity J Non-Cryst Solids 351, pp 3385-3395 95 [33] H.Tanaka, T.Kawasaki, H.Shintani and K.Watanabe (2010) Critical-like behaviour of glass-forming liquids Nat Mater Nature Materials 9, pp 324331 [34] I.D.Grimley, C.A.Wright N.R.Sinclair (1990) Neutron scattering from vitreous silica IV Time-of-flight diffraction J Non-Cryst Solids 119, pp 49-64 [35] I.Saika-Voivod, F.Sciortino and P.H.Poole (2000) Computer simulations of liquid silica: Equation of state and liquid–liquid phase transition Phys Rev E 63, pp 011202(9) [36] I.Saika-Voivod, F.Sciortino, and P.H.Poole (2005) Simulated silica Phil Trans R Soc A 363, pp 525-535 [37] I.W Donal, B.L.Metcalfe, R.N.J.Taylor (1997) The immobilization of high level radioactive wastes using ceramics and glasses J Matter Sci 32, pp 5851-5887 [38] J.D.Kubicki, A.C.Lasaga (1991) Molecular dynamics simulations of pressure and temperature effects on MgSiO3 and Mg2SiO4 melts and glasses Phys Chem Miner 661, pp 661-673 [39] J Horbach (2008) Molecular dynamics computer simulation of amorphous silica under high pressure J Phys.: Condens Matter 20, pp 244118244125 [40] J.P.Garrahan and D.Chandler (2002) Geometrical Explanation and Scaling of Dynamical Heterogeneities in Glass Forming Systems Phys Rev Lett 89, pp 035704(4) [41] J.R.Rustad, D.A.Yuen, F.J.Spera (1990) Molecular dynamics of liquid SiO2 under high pressure Phys Rev A 42, pp 2081-2089 [42] J.Sarnthein, A.Pasquarello and R.Car (1995) Model of vitreous SiO2 generated by an ab initio molecular-dynamics quench from the melt Phys Rev B 52, pp 12690-12695 [43] K.Garcez and A.Antonelli (2015) Polyamorphism in tetrahedral substances: Similarities between silicon and ice J Chem Phys 143, pp 034501(6) 96 [44] L.Cormier and G.J.Cuello (2011) Mg coordination in a MgSiO3 glass using neutron diffraction coupled with isotopic substitution Phys Rev B 83, pp 224204(8) [45] L.P.Davila, M.Caturla, A.Kubota, B.Sadigh, T.Rubia, J.Shackelford, S.Risbud, and S.Garofalini (2003) Transformations in the Medium-Range Order of Fused Silica under High Pressure Phys Rev Lett 91, pp 205501(4) [46] M.C.Wilding, C.J.Benmore, J.A.Tangeman and S.Sampath (2004) Coordination changes in magnesium silicate glasses Euro Phys Lett 67, pp 212-218 [47] M.C.Wilding, C.J.Benmore, J.A.Tangeman and S.Sampath (2010) Changes in the local environment surrounding magnesium ions in fragile MgO-SiO2 liquids Euro Phys Lett., 89, pp 26005(5) [48] M.C.Wilding, C.J.Benmore and J.K.R.Weber (2008) In situ diffraction studies of magnesium silicate liquids J Mater Sci 43, pp 4707-4713 [49] M.Guignard and L.Cormier (2008) Environments of Mg and Al in MgO– Al2O3–SiO2 glasses: A study coupling neutron and X-ray diffraction and Reverse Monte Carlo modeling Chem Geol 256, pp 111-118 [50] M.Matsui, M.Akaogi, T.Matsumoto (1987) Computational model of the structural and elastic properties of the ilmenite and perovskite phases of MgSiO3 Phys Chem Miner 14, pp 101-106 [51] M.S.Shell, P.G.Debenedetti and A.Z.Panagiotopoulos (2002) Molecular structural order and anomalies in liquid silica Phys Rev E 66, pp.011202(8) [52] M.Vogel and S.C.Glotzer (2004) Spatially Heterogeneous Dynamics and Dynamic Facilitation in a Model of Viscous Silica Phys Rev Lett 92, pp 255901(4) [53] M.Vogel and S.C.Glotzer (2004) Temperature dependence of spatially heterogeneous dynamics in a model of viscous silica Phys Rev E 70, pp 061504(13) [54] M.Wu, Y.Liang, J.Z.Jiang and S.T.John (2012) Structure and properties of 97 dense silica glass Sci Rep 2, pp 398(6) [55] N.J.Giordano (1997) Computational Physics Prentice Hall, USA [56] N.V.Hong, N.T.T.Ha, H.V.Hung, M.T.Lan, P.K.Hung (2013) Dynamics and diffusion mechanism in network forming liquid under high pressure: a new approach Mater Chem Phys 138, pp 154-161 [57] O.Adjaoud, G.Steinle-Neumann, S.Jahn (2008) Mg2SiO4 liquid under high pressure from molecular dynamics Chem Geol 256, pp 185-192 [58] O.Mishima and Y.Suzuki (2002) Propagation of the polyamorphic transition of ice and the liquid–liquid critical point Nature 419, pp 599603 [59] O.Mishima, L.D.Calvert, and E.Whalley (1984) ‘Melting ice’ I at 77 K and 10 kbar: a new method of making amorphous solids Nature 310, pp 393395 [60] P.F.Mc Millan, B.T.Poe, P.H.Gillet, and B.Reynard (1994) A study of SiO2 glass and supercooled liquid to 1950 K via high-temperature Raman spectroscopy Geochim Cosmochim Acta 58, pp 3653-3664 [61] Q.Mei, C.J.Benmore, and J.K.R.Weber (2007) Structure of Liquid SiO2: A Measurement by High-Energy X-Ray Diffraction Phys Rev Lett 98, pp 057802(4) [62] Q.Williams, R.Jeanloz (1988) Spectroscopic evidence for pressure-induced coordination changes in silicate glasses and melts Science 239, pp 902905 [63] R.Sharma, A.Mudi, and C.Chakravarty (2006) Diffusional anomaly and network dynamics in liquid silica J Chem Phys 125, pp 044705(10) [64] R.Yamamoto and Onuki (1998) A Dynamics of highly supercooled liquids: heterogeneity, rheology, and diffusion Phys Rev E 58, pp 3515-3528 [65] S.Franz, G.Parisi, F.Ricci-Tersenghi, and T.Rizzo (2011) Field theory of fluctuations in glasses Eur Phys J E 34, pp 102(17) [66] S.K.Lee, J.F.Lin, Y.Q.Cai, N.Hiraoka, P.J.Eng, T.Okuchi, H.K.Mao, Y.Meng, M.Y.Hu, P.Chow, J.Shu, B.Li, H.Fukui, B.H.Lee, H.N.Kima, and C.S.Yoo (2008) X-ray Raman scattering study of MgSiO3 glass at high 98 ... bày cách xây dựng mơ hình ĐLHPT cho hai vật liệu SiO2 MgSiO3 Cách xác định phân tích đặc trưng cấu trúc, đặc trưng động học mẫu xây dựng) Chương 3: Cấu trúc động học SiO2 lỏng (Trình bày cấu trúc. .. vi nghiên cứu Mục đích luận án hướng tới nâng cao hiểu biết cấu trúc động học vật liệu lỏng có cấu trúc mạng nói chung Đối tượng nghiên cứu cụ thể luận án hai vật liệu SiO2 MgSiO3 trạng thái lỏng. .. tượng động học không đồng chế khuếch tán chất lỏng có cấu trúc mạng (Network - forming liquid) Từ lý trên, định chọn đề tài luận án Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc động học vật liệu SiO2 MgSiO3 lỏng