Ab initio Berechnungen zu thermodynamischen Eigenschaften von festen und flüssigen Silikaten und Oxiden im TPa Bereich

• Antragsteller: Dr. Gerd Steinle-Neumann
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280637173

Die verbesserte Beschreibung der inneren Struktur von extrasolaren Supererden und von Beobachtungsgrößen, wie der Lovezahl k2, ist eines der zentralen Ziele der Forschungsgruppe. Dafür müssen physikalische Eigenschaften von planetaren Materialien bei Drücken von bis zu 1 TPa und Temperaturen bis zu 10000 K bestimmt werden, für Supererden Mantelsilikate und -oxide. Im vorliegenden Antrag möchten wir Ab initio Simulationen zu Materialien im planetaren Mantel durchführen: feste und flüssige Silikate und Oxide. Für die Schmelzen werden wir Molekulardynamik-Simulationen durchführen, mit dem Ziel, ein thermodynamisches Modell zur Beschreibung physikalischer Eigenschaften zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen, das wir bereits erfolgreich für flüssiges Eisen angewandt haben.MgO durchläuft bei ca.~500 GPa einen Phasenübergang von der B1 zur B2 Struktur, und Experimente und Simulationen zeigen qualitativ konsistente Ergebnisse. Ähnlich wie MgO zeigt FeO diesen Phasenübergang bei hohen Temperaturen; dieser Übergang konnte in Simulationen bisher jedoch nicht reproduziert werden. Um diesen Widerspruch aufzulösen, werden wir Berechnungen mit anharmonischer Gitterdynamik (stochastisch selbstkonsistente harmonische Näherung) durchführen. Abhängig von den dabei erzielten Ergebnissen werden wir den Phasenübergang entlang der festen Lösung MgO-FeO mit Hilfe der Cluster-Entwicklungs-Methode untersuchen. Bereits erzielte Ergebnisse mit dem Ansatz der anharmonischen Gitterdynamik für MgO sowie Mantelsilikaten werden hinsichtlich des Schermoduls analysiert, der für den Mantel von Supererden eine wichtige Rolle in der Bestimmung der Lovezahl k2 spielt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2440: Materie im Inneren von Planeten - Hochdruck-, Planeten- und Plasmaphysik
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ronald Redmer