BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUYỆN THỊ SAN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA
CÁC VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 LỎNG
Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT
Mã số: 62520401

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN HỒNG
2. GS. TS. VŨ VĂN HÙNG

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường
họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội

2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 đều là những vật liệu phổ biến trong
vỏ trái đất, có nhiều ứng dụng công nghệ cao, đồng thời đóng vai trò
quan trọng với ngành khoa học trái đất. Chính vì vậy những nghiên cứu
về cấu trúc và động học của những vật liệu này không chỉ giúp nâng cao
hiểu biết về các quá trình xảy ra trong lòng trái đất, mà còn giúp chế tạo
những vật liệu có tính chất ưu việt.
Cấu trúc, động học, mối liên hệ giữa cấu trúc và động học của các
chất lỏng luôn là chủ đề thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.
Cho đến nay, có rất nhiều các mô hình lý thuyết, các công trình nghiên
cứu thực nghiệm và mô phỏng đã được tiến hành nhằm giải thích các
hiện tượng thú vị như đa thù hình, tách pha vi mô, động học không đồng
nhất, thuyên giảm động học, khuếch tán dị thường, v.v.. Một số mô hình
lý thuyết được đưa ra như: Mô hình 2 trạng thái (two-state model) nhằm
giải thích quá trình chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao khi áp
suất thay đổi, lý thuyết Adam-Gibbs với ý tưởng trung tâm là sự tồn tại
các vùng tự sắp xếp đã giải thích thành công hiện tượng thuyên giảm
động học cho một vài chất lỏng, v.v.. Một số nghiên cứu khác cho rằng
các hiện tượng động học có thể được nhận biết chỉ thông qua các biến
động học như theo dõi chuyển động của các hạt linh động, các tham số
không có dạng phân bố Gauss, phương trình tương quan đa điểm, v.v..
Trong một vài nghiên cứu gần đây, mối liên hệ giữa cấu trúc và động
học đã được chỉ ra.
Hiện nay có nhiều nhóm nghiên cứu trong nước và trên thế giới
tiến hành nghiên cứu hai vật liệu này, tuy nhiên các kết quả thu được vẫn
chưa thống nhất và nhiều vấn đề chưa được làm rõ như: i) Các hiện

tượng liên quan tới sự thay đổi cấu trúc do ảnh hưởng của áp suất; ii)
Liệu có thực sự tồn tại mô hình hai trạng thái trong những chất lỏng này,
cấu trúc của pha mật độ thấp và pha mật độ cao như thế nào; iii) Nguyên
nhân dẫn tới hiện tượng động học không đồng nhất hoặc cơ chế khuếch
tán trong các chất lỏng có cấu trúc mạng (network - forming liquid). Từ
1


những lý do trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài luận án “Nghiên cứu
đặc trưng cấu trúc và động học của các vật liệu SiO2 và MgSiO3 lỏng”.

2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích của luận án hướng tới là nâng cao hiểu biết về cấu trúc
và động học các vật liệu lỏng có cấu trúc mạng nói chung. Đối tượng
nghiên cứu cụ thể của luận án là hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 ở trạng thái
lỏng. Phạm vi nghiên cứu của luận án chủ yếu là các hiện tượng liên
quan tới cấu trúc và động học của hai vật liệu trên ở trạng thái lỏng.
Cụ thể với vật liệu SiO2:
- Xây dựng các mẫu SiO2 lỏng kích thước 1998 nguyên tử với nhiệt
độ dao động từ 2600÷3500 K và áp suất từ 0÷30 GPa; Tiến hành khảo
sát và giải thích cơ chế của các hiện tượng như: hiện tượng đa thù hình,
khuếch tán, động học không đồng nhất.
Cụ thể với vật liệu MgSiO3:
- Xây dựng các mẫu MgSiO3 với kích thước 5000 nguyên tử, nhiệt
độ 3500 K và áp suất dao động từ 0÷30 GPa. Nghiên cứu cấu trúc và sự
thay đổi cấu trúc MgSiO3 khi áp suất thay đổi, từ đó làm rõ các đặc
trưng cấu trúc.

3. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử

(ĐLHPT) để xây dựng các mẫu vật liệu SiO2 và MgSiO3. Các hiện
tượng liên quan tới cấu trúc và động học được phân tích dựa trên quan
điểm xem cấu trúc của vật liệu được hình thành từ các đơn vị phối trí
(ĐVPT). Các kỹ thuật phân tích cấu trúc được sử dụng trong luận án như
hàm phân bố xuyên tâm (PBXT), khảo sát phân bố góc, khảo sát phân bố
khoảng cách, v.v.. Kỹ thuật phân tích động học chủ yếu là khảo sát sự
chuyển đổi giữa các ĐVPT, khảo sát quá trình tạo đám của những
nguyên tử có tính chất đặc biệt, v.v. Kỹ thuật trực quan hóa các dữ liệu
mô phỏng cũng được sử dụng nhằm đưa ra những hình ảnh trực quan về
sự sắp xếp của các nguyên tử, ĐVPT, v.v. trong không gian.

2


4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Những kết quả mà luận án thu được đã góp phần làm rõ bức tranh
về cấu trúc và động học của các chất lỏng mà cấu trúc của chúng bao
gồm những ĐVPT liên kết với nhau trong không gian, hay còn được gọi
là những chất lỏng có cấu trúc mạng. Nhóm vật liệu được nghiên cứu
trong luận án gồm SiO2 và MgSiO3 đều là những vật liệu chủ yếu trong
vỏ trái đất. Chính vì vậy, những nghiên cứu về hai vật liệu này trong dải
nhiệt độ và áp suất cao sẽ có ý nghĩa thiết thực với ngành khoa học trái
đất, cho phép các nhà khoa học dự đoán các quá trình địa chất.

5. Những đóng góp mới của luận án
- Chỉ ra cấu trúc mạng của SiO2 lỏng được hình thành từ 5 ĐVPT và
chia thành hai pha: mật độ thấp và mật độ cao. Pha mật độ thấp gồm các
ĐVPT SiO4 liên kết với nhau thông qua OSi2. Pha mật độ cao gồm các
ĐVPT SiO5, SiO6 liên kết với nhau thông qua OSi3. Cấu trúc không
đồng nhất là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng các chuyển đổi phân bố

không đồng nhất trong không gian cũng như hiện tượng động học không
đồng nhất.
- Chứng minh khuếch tán không chỉ đơn giản là quá trình chuyển
đổi giữa các ĐVPT. Chuyển đổi có ích giữa các ĐVPT mới là yếu tố
quan trọng dẫn tới khuếch tán. Chuyển động tương quan liên quan tới sự
dịch chuyển của một nhóm các nguyên tử là nguyên nhân gây ra hiện
tượng khuếch tán dị thường và thuyên giảm động học trong vật liệu SiO2
lỏng.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy môi trường địa phương của Si trong
vật liệu SiO2 lỏng và MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi là tương tự nhau.
Khi áp suất thay đổi, vật liệu MgSiO3 lỏng luôn tồn tại những vùng Si và
vùng Mg, ứng với hiện tượng tách pha vi mô.
6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận
án được chia thành 4 chương:

3


Chương 1: Tổng quan về hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 (Trình bày
tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về hai vật liệu SiO2
và MgSiO3).
Chương 2: Phương pháp tính toán (Trình bày cách xây dựng mô
hình ĐLHPT cho hai vật liệu SiO2 và MgSiO3. Cách xác định và phân
tích các đặc trưng cấu trúc, đặc trưng động học đối với các mẫu đã xây
dựng).
Chương 3: Cấu trúc và động học của SiO2 lỏng (Trình bày về cấu
trúc và các đặc trưng động học của SiO2 lỏng. Giải thích hiện tượng đa
thù hình dựa trên năm ĐVPT và mô hình hai trạng thái. Giải thích cơ chế
của hiện tượng khuếch tán và động học không đồng nhất).

Chương 4: Cấu trúc của MgSiO3 lỏng (Trình bày về các đặc trưng
cấu trúc của MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi).
Luận án đã tham khảo 79 tài liệu.
Các kết quả nghiên cứu của luận án đã được công bố trong 06 công trình
trên các tạp chí quốc tế, tạp chí trong nước và kỷ yếu hội nghị. Trong đó
có 04 công trình được đăng tại tạp chí quốc tế (ISI) gồm: 01 bài tại
Modern Physics B 30, pp. 1650059 (2016); 01 bài tại Eur. Phys. J. B, pp.
73 (2016); 01 bài tại High pressure research 36, pp. 187-197 (2016) và
01 bài tại Physica B 501, pp. 18-25 (2016). Trong nước có 02 bài đăng
tại tạp chí và kỷ yếu hội nghị bao gồm: 01 bài tại Journal of Science of
HNUE 60 (7), pp. 62-67 (2015); 01 bài tại Journal of Physics:
Conference Series 726, pp. 012020 (2016).

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HAI VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3
1.1 Tổng quan vật liệu SiO2
Cấu trúc của SiO2 lỏng và vô định hình được nghiên cứu bằng cả
thực nghiệm và mô phỏng. Cấu trúc mạng của vật liệu SiO2 ở áp suất khí
quyển gồm các nguyên tử Si liên kết với các nguyên tử O hình thành nên
tứ diện SiO4. Khoảng cách liên kết Si-O từ 1.59÷1.62 Å, góc liên kết
trong tứ diện O-Si-O khoảng 109.50. Các tứ diện kết nối với nhau thông
qua nguyên tử O ở đỉnh tứ diện, với góc liên kết giữa các tứ diện Si-O-Si
biến thiên trong phạm vi 1200÷1800, giá trị trung bình khoảng
1440÷1520 (J. Phys.: Condens. Matter 19(2007); J. Phys. Chem.A 67,
(1993); Phys. Rev. B 70(2004)) Sự thay đổi áp suất và nhiệt độ ảnh
hưởng lên các đặc trưng cấu trúc của SiO2 làm xuất hiện nhiều hiện
tượng như sự xuất hiện các pha mới, quá trình chuyển pha, thuyên giảm

động học, khuếch tán dị thường, v.v..Đa thù hình được định nghĩa là sự
tồn tại nhiều trạng thái khác nhau trong cùng một vật liệu, các trạng thái
này có cùng thành phần hóa hóa nhưng khác nhau về cấu trúc địa
phương và mật độ. Đa thù hình được phát hiện trong hệ nước đá bởi
Mishima và các cộng sự (Nature 419(2002)). Nhóm tác giả còn chứng
minh được rằng quá trình dịch chuyển này thực sự giống chuyển pha loại
1. Do sự tương tự về cấu trúc giữa vật liệu SiO2 và nước đá, các nhà
khoa học kì vọng rằng vật liệu này cũng biểu hiện đặc trưng đa thù hình.
Sự thay đổi cấu trúc địa phương của SiO2 khi áp suất thay đổi có thể
xem là bằng chứng cho quá trình chuyển pha lỏng-lỏng trong vật liệu
này. Mặc dù có nhiều công trình thực nghiệm và mô phỏng đã làm rõ
đặc trưng đa thù hình trong SiO2. Tuy nhiên, những mô tả chi tiết về sự
khác biệt cấu trúc giữa các trạng thái đa thù hình vẫn còn chưa rõ ràng.
Hiện tượng động học không đồng nhất là hiện tượng trong vật liệu tồn
tại các vùng nguyên tử chuyển động nhanh hơn hay chậm hơn so với
những vùng nguyên tử khác. Các vùng nhanh chậm này có thể biến đổi
trong không gian theo thời gian. Hiện tượng thuyên giảm động học được
hiểu là khi quá trình làm lạnh đạt tới một nhiệt độ xác định , một số

5


tính chất động học như hệ số khuếch tán, độ nhớt giảm đột ngột. Nhiệt
được gọi là nhiệt độ chuyển pha vô định hình. Khuếch tán dị
độ
thường: là hiện tượng được quan sát trong một số chất lỏng cấu trúc
mạng tứ diện như nước, SiO2, silicate, v.v.. Đây là hiện tượng hệ số
khuếch tán tăng khi áp suất tăng. Một vài mô hình lý thuyết được đưa ra
nhằm giải thích các hiện tượng động học kể trên như lý thuyết Mode
Coupling (Rep. Prog. Phys 55(1992)), lý thuyết Adam-Gibbs (J. Chem.

Phys 43(1965)), lý thuyết thể tích tự do (J chem.Phys. 34(1961)), mô
hình thấm (Phys. Rev. Lett. 102(2009)), v.v.. Tuy nhiên, chưa lý thuyết
nào được xem là lý thuyết tổng quan cho các hiện tượng động học này.
Một số nghiên cứu cho rằng các hiện tượng động học có thể được nhận
biết chỉ thông qua các biến động học như: theo dõi chuyển động của các
hạt linh, các mô hình quỹ đạo và tham số không có dạng Gauss, xét thời
gian sống của các liên kết, phương trình tương quan đa điểm (Phys. Rev.
Lett. 89(2002); Phys. Rev. Lett. 79(1997); Phys. Rev. E 58(1998); J.
Chem. Phys. 119(2003); Phys. Rev. E 70(2004)). Các nghiên cứu này chỉ
ra rằng vấn đề không đồng nhất động học chỉ cần xem xét thuần túy
thông qua các biến động học. Tuy nhiên, mối liên hệ giữa động học và
cấu trúc đã được khảo sát trong một vài công trình gần đây (Phys. Rev.E
73(2006); Phys. Rev. Lett. 96(2006); J. non-Cryst. Solids 351(2005);
Nat. Mater. Nature Materials 9(2010)). Hiện tượng khuếch tán dị
thường cũng được đề cập trong nhiều công trình. Giải thích hiện tượng
này chủ yếu dựa trên quan điểm về sự thay đổi cấu trúc từ mạng tứ diện
ở áp suất thấp tới mạng có tỉ phần SiO5 và SiO6 chiếm ưu thế ở vùng áp
suất cao. Sự tồn tại của các đơn vị phối trí SiO5 dường như là dấu hiệu
cho sự dị thường của hệ số khuếch tán (Phys. Rev. E 66(2002); J. Phys.:
Condens. Matter 20(2008)). Tuy nhiên, giải thích cơ chế hình thành các
hiện tượng động học kể trên vẫn còn chưa rõ ràng.
1.2 Tổng quan vật liệu MgSiO3
Vật liệu MgSiO3 là một trong những vật liệu quan trọng trong
ngành khoa học trái đất. Ngoài ra, vật liệu này cũng có rất nhiều các ứng
dụng công nghệ cao. Các đặc trưng cấu trúc của MgSiO3 như cấu trúc

6


trật tự gần, cấu trúc tầm trung và cấu trúc mạng của MgSiO3 ở cả dạng

vô định hình và lỏng đã được nghiên cứu bởi cả thực nghiệm và mô
phỏng. Wilding và các cộng sự sử dụng kết hợp cả hai phương pháp tán
xạ Neutron và tia X để khảo sát hệ MgSiO3. Kết quả chỉ ra rằng khoảng
cách liên kết trung bình của cặp Si-O là 1.64 Å, cặp Mg-O là 2.0 Å, và
cặp O-O là 2.69 Å. Số phối trí trung bình của Mg cỡ 4.5±0.1. Tỉ phần
tương ứng của các ĐVPT MgO4, MgO5 và MgO6 trong MgSiO3 vô định
hình tương ứng là 68.8%, 27.8% và 3.4%. Tỉ phần MgO4 chiếm ưu thế
so với các loại ĐVPT khác chứng tỏ một lượng lớn các nguyên tử Mg
cũng đóng vai trò như nguyên tố hình thành cấu trúc mạng tứ diện như
Si (Euro. phys. Lett. 213(2004); J. Mater. Sci. 43(2008)). Một nghiên
cứu tương tự lại cho rằng số phối trí trung bình của Mg cỡ 5.1±0.1 với
các nguyên tử O ở khoảng cách trung bình 2.00±0.02Å. Môi trường địa
phương của Mg gồm các ĐVPT MgO4, MgO5 và MgO6, với sự chiếm ưu
thế của các MgO5 (Chem. Geol. 256(2008)).
Mức độ polymer hóa của các hệ silicate thường được đánh giá
thông qua tỉ phần của các đơn vị Qn với Q là các tứ diện SiO4 và n là số
lượng nguyên tử O tham gia liên kết cầu của tứ diện SiO4. Nồng độ Q2
cao dẫn tới hình thành một lượng lớn liên kết Mg-O, từ đó làm giảm
mức độ polymer hóa của mạng silicate do sự hình thành các nguyên tử O
không cầu (NBO), là những nguyên tử O chỉ liên kết với một nguyên tử
Si (NBO). Tỉ phần NBO lên tới 62.7% tổng số nguyên tử O trong mẫu
khảo sát. Tồn tại một lượng nguyên tử O tự do, là những nguyên tử O
không liên kết với nguyên tử Si nào, khoảng 4,6%. Những nguyên tử O
tự do này chỉ liên kết với Mg, dẫn tới hình thành các vùng giàu Mg, hay
là các mạng con của các đơn vị phối trí MgOn. Sự tồn tại đồng thời các
vùng giàu Si và các vùng giàu Mg là nguyên nhân dẫn tới không đồng
nhất trong cấu trúc mạng và tách pha vi mô (Phys. Rev. B 83(2011);
Phys. Chem. B 101(1997)). Mặc dù cấu trúc của MgSiO3 lỏng được
nghiên cứu trong nhiều công trình thực nghiệm và mô phỏng. Nhưng
cho tới nay, các kết quả thu được vẫn chưa thống nhất và cần thêm nhiều

công trình nghiên cứu để làm rõ hơn ảnh hưởng của áp suất lên cấu trúc
của vật liệu này.
7


CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Luận án sử dụng phương pháp mô phỏng ĐLHPT để xây dựng các
mẫu vật liệu SiO2 MgSiO3 ở nhiệt độ và áp suất khác nhau. Thế tương
tác Van Beest-Kramer-Van Santen (BKS) được sử dụng cho hệ SiO2 và
thế tương tác Oganov (OG) cho hệ MgSiO3. Cả hai thế đều có dạng như
biểu thức (2.1)
=

+

−

−

(2.1)

Với
là thế năng tương tác giữa hai nguyên tử thứ và , hàm thế
bao gồm thành phần thế tương tác Cu-lông đặc trưng cho tương tác xa
giữa các nguyên tử và phần bổ sung liên quan tới tương tác gần bao gồm
tương tác đẩy giữa các điện tử ở phạm vi gần và tương tác Van Der
Waals. Đại lượng rij là khoảng cách giữa hai nguyên tử thứ và ; và
lần lượt là điện tích của nguyên tử thứ và thứ ; Aij, Bij, Cij là các hệ
số thế.

Để phân tích cấu trúc của các mẫu vật liệu, luận án sử dụng các dữ
liệu thu được từ hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí, ĐVPT và phân bố
góc. Để phân tích các đặc trưng động học xảy ra trong hệ, luận án xem
xét khuếch tán thông qua quá trình chuyển đổi có ích giữa các ĐVPT
SiOx → SiOx’ và OSiy → OSiy và khảo sát quá trình tạo đám của các nhóm
nguyên tử đặc biệt trong hệ. Đám nguyên tử được hiểu là một tập hợp
gồm các nguyên tử mà trong đó mỗi nguyên tử hình thành ít nhất một
liên kết với các nguyên tử còn lại trong đám. Chúng tôi lựa chọn các tập
hợp gồm 50 nguyên tử Si và 100 nguyên tử O với i=1, 2, 3, 4, 5. A1 là
tập hợp các nguyên tử được lựa chọn ngẫu nhiên trong hệ. A2 và A3
được lựa chọn từ các nguyên tử linh động nhất và kém linh động nhất
trong hệ. A4 được lựa chọn từ nhóm các nguyên tử mà tại đó các chuyển
đổi xảy ra thường xuyên, tập hợp A5 được lựa chọn từ nhóm các nguyên
tử mà tại đó các chuyển đổi ít xảy ra hơn.

8


CHƯƠNG 3
CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA SiO2 LỎNG
3.1 Hiện tượng đa thù hình
Để làm rõ hiện tượng đa thù hình trong SiO2 lỏng, chúng tôi tiến
hành phân tích cấu trúc và trực quan hóa dữ liệu mô phỏng ở áp suất
khác nhau. Các đặc trưng cấu trúc được quan tâm ở đây bao gồm phân
bố góc, tỉ lệ ĐVPT, khoảng cách liên kết. Trong dải áp suất được khảo
sát 0÷30 GPa, các ĐVPT tồn tại chủ yếu trong SiO2 lỏng là SiO4, SiO5
và SiO6 đặc trưng cho trật tự gần hai ĐVPT OSi2 và OSi3 đặc trưng cho
trật tự tầm trung. Kết quả khảo sát cho thấy phân bố góc liên kết Si-O-Si
và khoảng cách liên kết Si-O trong ĐVPT OSi2 và OSi3 không phụ thuộc
áp suất. Tương tự, phân bố góc liên kết O-Si-O và khoảng cách liên kết

Si-O trong các ĐVPT SiO4, SiO5 và SiO6 cũng không thay đổi khi áp
suất thay đổi. Như vậy, cấu trúc hình học của các ĐVPT không phụ
thuộc áp suất. Vì vậy, cấu trúc mạng của SiO2 lỏng được cấu thành từ
năm ĐVPT: i) SiO4, SiO5 và SiO6 liên quan tới trật tự gần; ii) OSi2 và
OSi3 liên quan tới trật tự tầm trung (hình 3.1).
Khi áp suất thay đổi, có hai quá trình diễn ra đồng thời: sự giảm tỉ
phần SiO4 tương ứng với sự giảm tỉ phần của OSi2 và sự tăng của tổng tỉ
phần SiO5 và SiO6 diễn ra đồng thời với sự tăng tỉ phần OSi3 (hình 3.2).
Để làm rõ tính đa thù hình và chuyển pha cấu trúc trong SiO2 lỏng, cấu
trúc mạng đã được trực quan hóa ở mức độ nguyên tử (hình 3.5). Miền
màu vàng là đám OSi2 và SiO4, màu đen là đám của OSi3, SiO5 và SiO6.
Khối cầu lớn là Si, khối cầu nhỏ là O. Rõ ràng, sự phân bố của các miền
này là không đồng nhất. Các ĐVPT OSi2 và SiO4 có xu hướng tập hợp
lại tạo thành miền mật độ thấp. Trái ngược lại, các ĐVPT OSi3, SiO5 và
SiO6 có xu hướng tập hợp tạo thành vùng có mật độ cao. Kích thước các
vùng có mật độ cao và mật độ thấp phụ thuộc mạnh vào áp suất.
Như vậy, cấu trúc của SiO2 lỏng bao gồm 2 pha: pha mật độ thấp
và pha mật độ cao. Ở pha mật độ thấp, OSi2 có vai trò liên kết ĐVPT
SiO4 hình thành nên các đám. Ở pha mật độ cao, ĐVPT OSi3 có vai trò
liên kết các ĐVPT SiOx (x = 5, 6) hình thành nên các đám. Khi bị nén,
9


trong mẫu có sự dịch chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao, quá
trình này diễn ra một cách từ từ, tương ứng với sự dịch chuyển cấu trúc
từ OSi2 tới OSi3.

(a)

(b)


(c)
(b)

(d)

(e)

Hình 3.1. Năm ĐVPT cấu thành mạng SiO2 lỏng: SiO4 (a); SiO5 (b); SiO6 (c);
OSi2 (d); OSi3 (d). Khối cầu nhỏ là O và khối cầu lớn là Si.

SiO4

120

OSi3

SiO6

100

TØ phÇn SiOx vµ OSiy (%)

OSi2

SiO5
SiOx (x>4)

80
60

40
20
0
2.8

3.2

3.6

4.0

2.8

3.2

3.6

4.0

3

MËt ®é (g/cm )

Hình 3.2. Sự phân bố tỉ phần ĐVPT SiOx và OSiy ở áp suất khác nhau.

10


(a)


(b)

(c)
Hình 3.5. Sự phân bố các ĐVPT SiOx và OSiy trong SiO2 lỏng (T=3200 K) ở áp

suất 5, 15 và 25 GPa. Khối cầu lớn là Si, khối cầu nhỏ là O.
4.5

MËt ®é(gr/m3)

4.0
3.5
3.0

Sè liÖu m« pháng
TÝnh to¸n tõ ph−¬ng tr×nh (1)

2.5
2.0
0

5

10

15
20
¸p suÊt (GPa)

25


30

Hình 3.6. Sự phụ thuộc của mật độ và áp suất với SiO2 lỏng

Ở một áp suất xác định, mật độ của SiO2 lỏng có thể được xác định
thông qua tỉ phần OSiy bởi phương trình 3.1:
=

+
11

(3.1)


Trong công thức này, và tương ứng là tỉ phần của OSi2 và OSi3,
và
là giá trị mật độ của pha mật độ thấp và pha mật độ cao (giá trị
của
và
bằng cách khớp phương trình 3.1 với số liệu mô phỏng).
Hình 3.6 mô tả sự phụ thuộc của mật độ theo áp suất của SiO2 lỏng trong
phạm vi 0÷30 GPa. Có thể thấy rằng giá trị mật độ được tính thông qua
phương trình 3.1 rất phù hợp với các dữ liệu mô phỏng. Điều này chứng
minh rằng tồn tại hai trạng thái mật độ thấp và mật độ cao trong SiO2
lỏng.

3.2 Hiện tượng động học
ĐVPT gồm một nguyên tử trung tâm hình thành liên kết với các
nguyên tử lân cận xung quanh. Chúng tôi gọi liên kết được giữ nguyên

giữa nguyên tử trung tâm và các nguyên tử lân cận của nó tính từ thời
điểm ban đầu cho tới thời điểm là liên kết I. Gọi k là số lượng liên kết
I được giữ nguyên giữa nguyên tử trung tâm và nguyên tử lân cận của nó
tính từ thời điểm ban đầu cho tới thời điểm được xét . Điều này cũng
có thể hiểu rằng trong toàn bộ thời gian , nguyên tử trung tâm và k
nguyên tử lân cận luôn di chuyển cùng nhau, chúng giống như một siêu
phân tử di chuyển trong lòng chất lỏng. Vì vậy, độ linh động của nguyên
tử trung tâm có liên quan tới kích thước của siêu phân tử. Khi k = 0,
nguyên tử trung tâm linh động nhất và dường như chúng di chuyển độc
lập.
15

a

b
§é dÞch chuyÓn b×nh ph−¬ng trung b×nh, Å

2

1.0

0.8
0 GPa
5 GPa
10 GPa
15 GPa
20 GPa
25 GPa

χ


0.6

0.4

0.2

0.0

12

9
PhÇn thø nhÊt
PhÇn thø hai

6

3

0

0

2

4

6

8


0

10

2

4

6

8

10

Thêi gian x 4.78 ps

Thêi gian x 4.78 ps

Hình 3.9. Độ dịch chuyển bình phương
trung bình/1 nguyên tử cho nhóm
nguyên tử thứ nhất và thứ hai

Hình 3.8. Sự phụ thuộc của χ vào thời
gian mô phỏng.

12


Đám cứng được định nghĩa là đám bao gồm các nguyên tử liên kết

với nhau thông qua liên kết I. Đám cứng có thể bao gồm rất nhiều siêu
phân tử. Tại một thời điểm
nào đó, nguyên tử trong chất lỏng có thể
dịch chuyển độc lập hoặc dịch chuyển theo nhóm ví dụ như sự dịch
chuyển của nguyên tử thuộc đám cứng hoặc siêu phân tử. Dạng chuyển
động thứ nhất gọi là chuyển động tự do, dạng chuyển động thứ hai gọi là
chuyển động tương quan. Hình 3.8 mô tả sự thay đổi của tỉ số , là tỉ số
giữa kích thước đám cứng lớn nhất và kích thước toàn bộ mẫu. Hình 3.9
mô tả độ dịch chuyển bình phương trung bình của 2 nhóm nguyên tử:
nhóm thứ nhất bao gồm các nguyên tử thuộc đám cứng có kích thước
lớn nhất và nhóm thứ hai bao gồm các nguyên tử còn lại trong hệ. Kết
quả cho thấy nguyên tử thuộc đám cứng hầu như không linh động.
120

120

100

100

80

80

25 GPa

60

A1


10 GPa

A2

60

A3

120

Sè l−îng ®¸m, mcAi

120

Sè l−îng ®¸m, mcAi

100
80
60

5 GPa

120
100

20 GPa

100
80
60

120

15 GPa

100

80

80
0 GPa

60

60

40

40
0

2

4

6

8

10


A1

0

Thêi gianx 4.78ps

2

4

6

8

A2

A3

10

Thêi gian x 4.78ps

Hình 3.10. Số lượng đám cho nhóm nguyên tử A1, A2 và A3 khi thời
gian thay đổi

Tiếp theo, để làm rõ hơn hiện tượng động học không đồng nhất,
tập hợp gồm 50 nguyên tử Si và 100 nguyên tử O với = 1, 2, 3, 4,
5 đã được lựa chọn. ' ứng với nhóm nguyên tử được lựa chọn ngẫu
nhiên trong hệ.
và

ứng với nhóm nguyên tử linh động nhất và kém
linh động nhất. ( được lựa chọn từ nhóm nguyên tử mà tại đó chuyển
đổi xảy ra thường xuyên nhất và ) được lựa chọn từ nhóm nguyên tử
mà tại đó chuyển đổi ít xảy ra nhất. Đại lượng được quan tâm ở đây là số
lượng đám * + và kích thước của đám lớn nhất *,+ . Để làm rõ quá
13


trình tạo đám, luận án đã tiến hành so sánh hai đại lượng là số lượng
đám và kích thước đám lớn nhất tại các thời điểm
khác nhau (hình
3.10 và 3.13). Sự kết đám của nhóm nguyên tử
và
được xem là
bằng chứng tồn tại động học không đồng nhất trong hệ SiO2 lỏng. Sự kết
đám của nguyên tử thuộc nhóm ( và ) đã chỉ ra sự phân bố không
đồng nhất trong không gian của các chuyển đổi. Các chuyển đổi xảy ra
thường xuyên hơn ở vùng linh động và hiếm xảy ra hơn ở vùng không
linh động. Khảo sát quá trình tạo đám của các nhóm nguyên tử đặc biệt
đã đưa ra những bằng chứng cho thấy cấu trúc và động học trong SiO2
lỏng là không đồng nhất.
120
25 GPa

100
100
80

80
60


10 GPa

A1

A4

60

A5

Sè l−îng ®¸m, mcAi

Sè l−îng ®¸m, mcAi

120
100
80
60

5 GPa

120

20 GPa

100

80


60

100

15 GPa

100
80

80

0 GPa

60

A1

60
0

2

4

6

Thêi gian x 4.78ps

8


0

10

2

4

6

Thêi gian x 4.78ps

A4

8

A5

10

Hình 3.13. Số lượng đám cho nhóm nguyên tử A1, A4 và A5 khi thời
gian thay đổi

Hệ số khuếch tán (xác định bằng phương trình Einstein) và tốc độ
chuyển đổi ở áp suất khác nhau được thể hiện trên hình 3.18. Trái ngược
với hệ số khuếch tán, tốc độ chuyển đổi - luôn tăng theo áp suất. Khi áp
suất tăng, tốc độ chuyển đổi và hệ số khuếch tán không còn tỉ lệ tuyến
tính với nhau. Như vậy, chuyển đổi giữa các ĐVPT không phải là
nguyên nhân duy nhất gây nên hiện tượng khuếch tán.
Giả sử cấu hình ban đầu bao gồm ./0 liên kết. Tới thời điểm ,

số lượng liên kết I còn lại là ./1 . Gọi 2 là tỉ số giữa lượng liên kết I ở
và thời điểm ban đầu: 2 = ./1 /./0 . Sự phụ thuộc của 2
thời điểm
vào số lượng chuyển đổi ở các thời điểm khác nhau sẽ đặc trưng cho
14


tỉ phần chuyển đổi có ích (hình 3.19). Nếu 2 càng lớn, tỉ phần chuyển
đổi có ích sẽ càng nhỏ (4). Như vậy, khi giải quyết bài toán khuếch tán
trong SiO2 lỏng, hệ số khuếch tán có thể được đánh giá bởi phương trình
(3.3): 5 ≈ 〈89: 〉-4. Với 〈89: 〉 là độ dịch chuyển bình phương trung bình
của 1 nguyên tử trên một chuyển đổi có ích, - là tốc độ chuyển đổi, và 4
là tỉ phần chuyển đổi có ích. Do tỉ số 2 liên quan trực tiếp tới siêu phân
tử và đám cứng. Vì vậy, khuếch tán dị thường và thuyên giảm động học
được giả thuyết có liên quan tới chuyển động tương quan của các siêu
phân tử và đám cứng này.
11

1.0

Si
O

-6

2

Dx10 ,cm /s

0.8


a

9

0 GPa
5 GPa
10 GPa
15 GPa
20 GPa
25 GPa

6

3

0.6

-1

η

0

Tèc ®é chuyÓn ®æi, ps

0.4

0.2


b

10
8
6
4
2

0.0
0

100

200

300

400

0

500

5

10

15

20


25

¸p suÊt, GPa

Sè l−îng chuyÓn ®æi/1 nguyªn tö

Hình 3.19. Sự phụ thuộc của η =

Hình 3.18. Sự phụ thuộc áp suất của

Mbt/Mb0 vào số lượng chuyển đổi,

hệ số khuếch tán (a) và tốc độ chuyển

T= 3000K.

đổi (b). T=3000K

15


CHƯƠNG 4
CẤU TRÚC CỦA MgSiO3 LỎNG
4.1. Cấu trúc địa phương của Mg và Si
Bảng 4.1. Đặc trưng cấu trúc của MgSiO3 lỏng ở áp suất khác nhau: rlkj là vị
trí của đỉnh thứ nhất hàm phân bố xuyên tâm thành phần.
P(GPa)

0


5

10

15

20

25

TN

30
[44]

[47, 48]

rSi-Si, Å

3.22 3.18 3.16 3.14 3.12 3.08 3.08 3.16±0.01

-

rSi-O, Å

1.66 1.66 1.68 1.68 1.68 1.70 1.68 1.62±0.01

1.64


rO-O, Å

2.70 2.64 2.66 2.60 2.58 2.56 2.54

-

2.69

rSi-Mg, Å

3.34 3.24 3.24 3.16 3.18 3.10 3.10

3.1÷3.2

-

rO-Mg, Å

1.98 2.00 2.04 2.00 2.00 2.00 2.02 2.05±0.01

rMg-Mg, Å

3.42 3.34 3.24 3.22 3.12 3.16 3.10

2.0

3.1

-


ZSi-O

4.2

4.6

4.9

5.1

5.3

5.4

5.5

-

4.0±0.2

ZMg-O

4.3

5.1

5.7

6.0


6.4

6.7

6.8

4.50±0.02

4.5±0.2

Hàm phân bố xuyên tâm sẽ cung cấp những thông tin chi tiết để
hiểu rõ hơn về cấu trúc của vật liệu MgSiO3 lỏng. Kết quả khảo sát các
hàm phân bố xuyên tâm cặp được chỉ ra trong bảng 4.1. Vị trí đỉnh thứ
nhất hàm phân bố xuyên tâm cặp Si-O dao động trong khoảng từ
1.66÷1.70 Ǻ. Đối với cặp Mg-O, vị trí đỉnh thứ nhất dao động trong
phạm vi hẹp từ 1.98÷2.04 Ǻ. Như vậy, trật tự gần hầu như không thay
đổi dưới tác động của áp suất. Tuy nhiên, trật tự tầm trung liên quan tới
hàm phân bố xuyên tâm của các cặp Si-Mg, Si-Si, O-O, Mg-Mg lại có
những thay đổi đáng kể khi áp suất thay đổi. Dưới tác động của quá trình
nén, cấu trúc mạng Si-O trong chất lỏng MgSiO3 dịch chuyển dần dần từ

16


mạng tứ diện sang mạng bát diện. Hình dạng và kích thước của các
ĐVPT SiOx trong MgSiO3 lỏng ở áp suất khác nhau là đồng nhất, tương
tự như trong SiO2 lỏng (hình 4.4 và 4.5).

TØ phÇn (%)


0.20

0Gpa
5Gpa
10GPa
15Gpa
20GPa
25GPa
30GPa

SiO5

SiO4

0.15

SiO6

0.10

0.05

0.00
40

80

120

160


40

80

120

160

40

80

120

160 180

Gãc (§é)

Hình 4.4. Phân bố góc O-Si-O của các ĐVPT SiOx (x = 4, 5, 6) trong
MgSiO3 lỏng ở áp suất khác nhau.

TØ phÇn (%)

0.09

SiO4

0Gpa
5Gpa

10GPa
15Gpa
20GPa
25GPa
30GPa

SiO5

0.06

SiO6

0.03

0.00
1.2

1.6

2.0

2.4

1.6

2.0

2.4

1.5


2.0

2.4

Kho¶ng c¸ch liªn kÕt (Å)

Hình 4.5. Phân bố khoảng cách liên kết Si-O trong MgSiO3 lỏng ở
các áp suất khác nhau.

Tỉ phần các ĐVPT MgOn và số phối trí trung bình khi áp suất thay
đổi được chỉ ra trên hình 4.6. Ở áp suất thấp, hầu hết là các ĐVPT
17


MgO3, MgO4 và MgO5 với tỉ phần tương ứng 18%, 42% và 30%. Ở áp
suất cao, các ĐVPT MgO6, MgO7 và MgO8 chiếm ưu thế so với các loại
còn lại, với tỉ phần tương ứng 30%, 39% và 19%. Số phối trí trung bình
của Mg tăng từ ~4.3 ở 0 GPa tới 6.8 ở 30 GPa. Sự tồn tại nhiều loại
ĐVPT khác nhau cũng như xu hướng thay đổi tỉ phần các ĐVPT theo áp
suất chứng tỏ rằng cấu trúc địa phương của Mg trong MgSiO3 lỏng phụ
thuộc đáng kể vào áp suất.
7

MgO3

TØ phÇn(%)

30


MgO4

6

MgO5
MgO6

20

MgO7
MgO8

5

MgO9

10

Sè phèi trÝ trung b×nh

40

0
4
0

10

20


30

0

10

20

30

P(GPa)

P(GPa)

Hình 4.6. Phân bố tỉ phần các ĐVPT MgOx (trái) và số phối trí
trung bình của Mg (phải) khi áp suất thay đổi.

4.2. Hiện tượng tách pha vi mô
Cấu trúc mạng của MgSiO3 lỏng bao gồm các ĐVPT SiOx và
MgOy liên kết với nhau thông qua ĐVPT OTy (T bao gồm Si và Mg),
chúng đóng vai trò như là các cầu nối trong cấu trúc mạng. Để làm rõ vai
trò của Si và Mg trong từng loại cầu nối, chúng tôi tiến hành phân tích
cụ thể hơn sự đóng góp của mỗi loại nguyên tử. Kết quả chỉ ra trên hình
4.8 cho thấy rằng một lượng đáng kể nguyên tử O liên kết với 2 hoặc 3
nguyên tử Si hình thành mạng Si-O. Sự chiếm ưu thế của cầu nối OT3 ở
áp suất thấp và OT4 ở áp suất cao, cũng dẫn tới sự xuất hiện một lượng
không nhỏ nguyên tử O liên kết với 2 nguyên tử Mg. Như vậy, phân tích
18



này một lần nữa khẳng định vai trò của Si như là nguyên tố hình thành
cấu trúc mạng. Nguyên tử Mg vừa đóng vai trò là nguyên tố hình thành
mạng vừa đóng vai trò là nguyên tố làm thay đổi cấu trúc mạng Si-O ban
đầu của SiO2.
30

30
Si-O-Mg
O-Mg2

25

O-Mg3
Mg-O-Si2

20
TØ phÇn(%)

25

O-Si3

O-Si2

20

Mg2-O-Si

15


15

10

10

5

5

0

0
Mg3-O-Si

25

TØ phÇn(%)

20

Mg-O-Si3

O-Mg5

O-Si4

O-Si5

O-Mg4


Mg4-O-Si

Mg2-O-Si2

Mg-O-Si4

25
20

Mg3-O-Si2

15

15

Mg2-O-Si3

10

10

5

5

0

0


0

10

20

30

P(GPa)

0

10

20

30

P(GPa)

Hình 4.8. Hàm phân bố tỉ phần nguyên tử O hình thành các cầu nối trong
MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi

Do sự xuất hiện của Mg, mạng Si-O bị vỡ thành các mạng con.
Mức độ vỡ phụ thuộc vào áp suất. Để làm rõ sự phụ thuộc này chúng tôi
tiến hành phân tích vai trò của BO, NBO và ôxy tự do. Do dải áp suất
được khảo sát khá rộng từ 0÷30 GPa, BO được hiểu là những nguyên tử
O liên kết với 2 nguyên tử Si trở lên, NBO là những nguyên tử O chỉ liên
kết với 1 nguyên tử Si và ôxy tự do là những nguyên tử O không liên kết
với bất kì nguyên tử Si nào. Nguyên tử Mg có xu hướng kết hợp với

mạng con Si-O thông qua BO và NBO hình thành nên các cầu nối MgO-Si, Mg2-O-Si, Mg3-O-Si, Mg4-O-Si, Mg-O-Si2, Mg2-O-Si2, Mg3-O19


Si2, Mg-O-Si3 và Mg2-O-Si3. Khảo sát sự thay đổi tỉ phần BO, NBO và
ôxy tự do được chỉ ra trên hình 4.11. Có thể thấy rằng trong toàn bộ dải
áp suất từ 0 tới 30 GPa, luôn tồn tại một lượng ôxy tự do với tỉ phần ~
8% ở áp suất 0 GPa và giảm xuống còn 4% ở 30 GPa. Với BO và NBO,
khi áp suất tăng, tỉ phần BO tăng trong khi tỉ phần NBO lại có xu hướng
giảm. Tỉ phần BO tăng khi áp suất tăng, điều này có nghĩa rằng mức độ
polymer hóa của mạng Si-O tăng khi áp suất tăng và các mạng con Si-O
có xu hướng gắn kết với nhau dẫn tới hình thành các mạng hình cây thay
vì các mạng con nằm cô lập.
70
60
BO
NBO
«xi tù do

TØ phÇn(%)

50
40
30
20
10
0
0

5


10

15

20

25

30

P (GPa)

Hình 4.11. Sự phân bố của BO, NBO và ôxy tự do trong MgSiO3 lỏng khi
áp suất thay đổi.

Kết quả khảo sát sự thay đổi tỉ phần của O-Six, O-Mgy và Sin-OMgm được chỉ ra trên hình 4.12. Cầu nối Sin-O-Mgm chiếm tỉ lệ đáng kể
ở tất cả các áp suất. Tuy nhiên, luôn tồn tại một lượng nhỏ O-Six với tỉ
phần có xu hướng giảm khi áp suất tăng từ 16% ở 0 GPa xuống 4% ở 30
GPa. Sự tồn tại một lượng đáng kể các nguyên tử O lân cận trong các
ĐVPT SiO4, SiO5 và SiO6 đều là BO dẫn tới tồn tại những nguyên tử O
chỉ liên kết với Si hình thành nên các cầu nối O-Six.Với cầu nối O-Mgy,
20


ở áp suất 0 GPa, tỉ phần O-Mgy chiếm khoảng 7% sau đó giảm xuống
còn 4% ở 30 GPa. Sự tồn tại cầu nối O-Mgy là do trong mạng MgSiO3
lỏng luôn tồn tại một lượng ôxy tự do dẫn tới các nguyên tử Mg có xu
hướng liên kết với những nguyên tử ôxy tự do này để đảm bảo cân bằng
điện tích. Cầu nối O-Siy và O-Mgy phân bố không đồng nhất. Chúng có
xu hướng liên kết với nhau để hình thành các mạng con O-Si và O-Mg.

Ở áp suất thấp, cả hai mạng con đều có dạng cây hoặc dạng chuỗi và có
xu hướng phân bố trong toàn bộ không gian của ô mô phỏng. Ở áp suất
cao, cả hai mạng O-Si và O-Mg đều có xu hướng hình thành các đám
nằm cô lập với nhau. Những phân tích trên chứng minh rằng trong chất
lỏng MgSiO3 có sự không đồng nhất về cả cấu trúc và thành phần, tồn
tại những vùng Si và vùng Mg. Đây được xem là bằng chứng tồn tại quá
trình tách pha vi mô lỏng-lỏng trong MgSiO3.

100

TØ phÇn(%)

80

O-Mgy
O-Six

60

Sin-O-Mgm
40

20

0
0

5

10


15

20

25

30

P(GPa)

Hình 4.12. Sự phân bố của O-Six, O-Mgy và Sin-O-Mgm (x, y, n, m = 1 ÷ 6)
trong MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi.

21


KẾT LUẬN
1. Sử dụng phương pháp mô phỏng ĐLHPT luận án đã xây dựng 16
mẫu SiO2 lỏng với nhiệt độ 2600÷3500 K và áp suất 0÷30 GPa, 7 mẫu
MgSiO3 lỏng ở nhiệt độ 3500 K và áp suất 0÷30 GPa. Kết quả khảo sát
đặc trưng cấu trúc của những mẫu trên phù hợp với các công trình mô
phỏng và thực nghiệm trước đó.
2. Hiện tượng đa thù hình của SiO2 lỏng khi áp suất thay đổi được
mô tả dựa trên mô hình hai trạng thái. Cấu trúc mạng của SiO2 lỏng
được hình thành từ 3 ĐVPT liên quan tới trật tự gần (SiO4, SiO5 và
SiO6) và 2 ĐVPT liên quan tới trật tự tầm trung (OSi2 và OSi3). Luôn
tồn tại đồng thời hai pha: pha mật độ thấp và pha mật độ cao trong SiO2
lỏng với tỉ phần phụ thuộc áp suất. Pha mật độ thấp được tạo bởi SiO4
liên kết với nhau thông qua OSi2. Pha mật độ cao được tạo bởi các

ĐVPT SiO5 và SiO6 liên kết với nhau thông qua OSi3. Khi áp suất tăng,
có sự dịch chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao. Mật độ của
SiO2 lỏng ở áp suất bất kì có thể được tính thông qua tỉ phần các ĐVPT
OSi2 và OSi3.
3. Sự tạo thành đám của các nguyên tử linh động nhất - kém linh
động nhất là bằng chứng tồn tại động học không đồng nhất trong SiO2
lỏng. Sự tạo thành đám của các nguyên tử chuyển đổi nhiều nhất chuyển đổi ít nhất là bằng chứng cho thấy các chuyển đổi phân bố không
đồng nhất trong không gian. Cấu trúc không đồng nhất là nguyên nhân
dẫn tới sự phân bố không đồng nhất của các chuyển đổi cũng như hiện
tượng động học không đồng nhất.
4. Khuếch tán được xem xét dựa trên cơ chế chuyển đổi giữa các
ĐVPT. Khảo sát quá trình chuyển đổi giữa các ĐVPT cho thấy rằng

22


khuếch tán phụ thuộc vào cả tốc độ chuyển đổi và cách thức xảy ra
chuyển đổi. Chính chuyển đổi dẫn tới thay đổi tập hợp các nguyên tử lân
cận, hay chuyển đổi có ích mới thực sự là nguyên nhân dẫn tới quá trình
khuếch tán. Trong SiO2 lỏng tồn tại hai dạng chuyển động khác nhau:
chuyển động tương quan và chuyển động tự do. Chuyển động tương
quan liên quan tới chuyển động cùng nhau của một nhóm các nguyên tử,
chúng giống một siêu phân tử di chuyển trong lòng chất lỏng được cho
là nguyên nhân dẫn tới khuếch tán dị thường và thuyên giảm động học.
5. Cấu trúc địa phương của Si trong MgSiO3 lỏng tương tự trong
SiO2 lỏng. Trong dải áp suất được khảo sát 0÷30 GPa, chủ yếu tồn tại
các ĐVPT SiO4, SiO5 và SiO6. Khi áp suất tăng, tỉ phần SiO4 giảm trong
khi tỉ phần SiO6 tăng. Tỉ phần SiO5 tăng và đạt tới giá trị cực đại tại ~15
GPa. Cấu trúc của các ĐVPT không phụ thuộc vào áp suất. Số phối trí
trung bình của Mg thay đổi từ 4.3 ở áp suất 0 GPa tới 6.8 ở áp suất 30

GPa. MgO4 chiếm ưu thế ở áp suất thấp, sau đó có xu hướng giảm. Tỉ
phần các ĐVPT MgO5 và MgO6 đều tăng tới giá trị cực đại sau đó giảm
xuống khi áp suất tăng. Khi áp suất tăng, tỉ phần BO tăng dẫn tới tăng
mức độ polymer hóa của mạng, đồng thời các mạng con Si-O liên kết
với nhau tạo thành đám thay vì các mạng con nằm riêng lẻ. Nguyên tử
Mg liên kết với những nguyên tử O tự do dẫn tới tồn tại những vùng Mg.
Một lượng lớn các ĐVPT SiO4, SiO5 và SiO6 với đa phần nguyên tử O
lân cận đều là BO dẫn tới sự tồn tại của vùng Si. Cấu trúc mạng là không
đồng nhất với sự tồn tại đồng thời của vùng Si và vùng Mg hay còn gọi
là hiện tượng tách pha vi mô.
Kết quả của luận án đã được công bố trong 6 bài báo đăng trên các tạp
chí chuyên ngành, kỷ yếu khoa học trong nước và quốc tế. Trong đó có 4

23