HYMT2019
Mahfuzh Huda, Takuma Yagasaki, Masakazu Matsumoto, Hideki Tanaka
Negative Thermal Expansivity of Ice: Comparison of the Monatomic mW Model with the All-Atom TIP4P/2005 Water Model
Crystals, 9(5), 248 (2019).
Ordinary substances shrink as the temperature decreases, but ice expands at very low temperatures. This phenomenon, called the negative thermal expansion of ice, is one of the abnormal properties of water. (Liquid water also exhibits a negative thermal expansion near the melting point.)
We calculate the thermal expansivity of ice I for the monatomic mW model using a quasi-harmonic approximation. It is found that the original mW model is unable to reproduce the negative thermal expansivity experimentally observed at low temperatures. A simple prescription is proposed to recover the negative thermal expansion by re-adjusting the so-called tetrahedrality parameter, λ. We investigate the relation between the λ value and the Grüneisen parameter to explain the origin of negative thermal expansion in the mW model and compare it with an all-atom water model that allows the examination of the effect of the rotational motions on the volume of ice.
通常の物質は温度が下がるほど収縮しますが、氷は極低温では逆に膨張します。この現象は、氷の負の熱膨張率と呼ばれ、水の異常な性質の一つです。(液体の水も融点付近で負の熱膨張率を示します。)
準調和近似を用いて単原子mW模型に対する氷Iの熱膨張率を計算した。元のmWモデルは低温で実験的に観測された負の熱膨張率を再現できないことが分かった。いわゆる四面体パラメータλを再調整することにより負の熱膨張を回復する簡単な処方を提案した。mWモデルにおける負の熱膨張の起源を説明するために,λ値とGrunneisenパラメータの間の関係を調べ,氷の体積に及ぼす回転運動の影響を調べることができる全原子水モデルと比較した。(ミライ翻訳 https://miraitranslate.com/ による機械翻訳)
mWを使ったはじめての論文。令和最初の論文。