在高溫下，硅和氧對(duì)金屬具有較強(qiáng)的親和力，因此它們被認(rèn)為存在于地球內(nèi)核中；然而，它們?cè)诘厍騼?nèi)核中的存在形式一直存在爭(zhēng)議。有人提出，在長(zhǎng)期冷卻過(guò)程中，F(xiàn)e-Si-O液態(tài)合金可以在地核-地幔邊界處排出二氧化硅，在地核中留下硅或氧，而不是兩者。另外一種觀點(diǎn)則認(rèn)為地球內(nèi)核中Fe-Si-O液態(tài)合金不存在不相容性或是結(jié)晶。
近日，我校物理與電子信息學(xué)院張超教授團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)愛荷華州立大學(xué)的Cai-ZhuangWang教授團(tuán)隊(duì)和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Renata Wentzcovitch教授團(tuán)隊(duì)合作，采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于密度泛函理論的第一性原理相結(jié)合的方法，構(gòu)造了適用于地球內(nèi)核高溫高壓條件下的Fe-Si-O原子間勢(shì)函數(shù)。基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原子間勢(shì)函數(shù)不僅具有密度泛函理論的精度，同時(shí)又兼顧計(jì)算效率。張超教授團(tuán)隊(duì)采用該原子間勢(shì)函數(shù)對(duì)Fe-Si-O體系進(jìn)行了大尺寸和長(zhǎng)時(shí)間的分子動(dòng)力學(xué)研究，結(jié)果表明在高溫高壓的Fe-Si-O體系中不存在相分離和不相容性。這為解決該體系中存在的巨大爭(zhēng)議提供了重要理論依據(jù)，同時(shí)也預(yù)示著基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原子間勢(shì)函數(shù)在地球內(nèi)核條件下的應(yīng)用前景。
圖1：在4800K下Fe189Si23O38體系的徑向分布函數(shù)和原子構(gòu)型圖
相關(guān)研究成果以” Deep machine learning potential for atomistic simulation of Fe-Si-O systems under Earth’s outer core conditions”(在地球內(nèi)核條件Fe-Si-O體系原子模擬的深度機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì))為題，于2022年6月7日發(fā)表在美國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊PHYSICAL REVIEW MATERIALS（《物理評(píng)論材料》）。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)金項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接: https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.6.063802
