在高溫下，硅和氧對金屬具有較強(qiáng)的親和力，因此它們被認(rèn)為存在于地球內(nèi)核中；然而，它們在地球內(nèi)核中的存在形式一直存在爭議。有人提出，在長期冷卻過程中，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，與美國愛荷華州立大學(xué)的Cai-ZhuangWang教授團(tuán)隊和美國哥倫比亞大學(xué)Renata Wentzcovitch教授團(tuán)隊合作，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原子間勢函數(shù)?；谌斯ぶ悄苌窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的原子間勢函數(shù)不僅具有密度泛函理論的精度，同時又兼顧計算效率。張超教授團(tuán)隊采用該原子間勢函數(shù)對Fe-Si-O體系進(jìn)行了大尺寸和長時間的分子動力學(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議提供了重要理論依據(jù)，同時也預(yù)示著基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原子間勢函數(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)為題，于2022年6月7日發(fā)表在美國物理學(xué)會期刊PHYSICAL REVIEW MATERIALS（《物理評論材料》）。上述工作得到了國家自然科學(xué)金項目和山東省自然科學(xué)基金等項目的資助。
文章鏈接: https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.6.063802
