分子動力学シミュレーションによる二原子分子流体の臨界点近傍における密度ゆらぎの評価

摘要

臨界点近傍では，種々の物理量が発散し，音速がゼロになるなど「臨界異常」と呼ばれる現象が知られている．また種々の物理量の発散にも関係する「密度ゆらぎ」という，大小様々なクラスタが形成·消失を繰り返す現象があり，臨界点近傍ではこの「密度ゆらぎ」が大きくなることが知られている．臨界点近傍に関する研究としては，Nishikawaらによる小角X線散乱実験(Small Angle X-ray Scattering : SAXS)やYoshii and Okazakiによる分子動力学シミュレーション(Molecular Dynamics Simulation : MD法)などがある．Nishikawaらは，密度ゆらぎが臨界密度より若干低密度側で極大値をとる尾根線を形成することを発見した．また，対臨界点で整理すると非水素結合の物質に対しては，対応状態原理が成立することも明らかにした．しかし，Nishikawaらの実験は1000A程度を対象としているが，推測されたゆらぎの相関長は20A程度であるため，よりミクロなスケールでの解析が必要である．一方，YoshiiらはMD法により，数十A程度のスケールにおけるゆらぎ構造の解析を行っている．YoshiiらはLennard-Jones(LJ)流体，及び水に対して静的·動的なゆらぎ構造の知見を得ている．しかし，二原子分子のような分子構造の流体に対して，臨界点近傍における研究は少なく，ミクロスケールにおける現象の理解は十分ではない．そこで本研究では，臨界点近傍における二原子分子流体のゆらぎ構造を明らかにすることを目的とする．手法としてはMD法を用い，二原子分子モデル流体に対して静的·動的構造に注目することで，臨界点近傍における密度ゆらぎの原子核間距離依存性を評価し，対応状態原理の成立性を調べた．