連続変位クラスター変分法による金属ガラス形成系の微視構造の研求

• Project/Area Number: 15074201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 毛利 哲夫 Hokkaido University, 大学院・工学研究院, 教授 (20182157)
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥17,200,000 (Direct Cost: ¥17,200,000); Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥13,400,000 (Direct Cost: ¥13,400,000)
• Keywords: 合金平衡状態図 / クラスター変分法 / 連続変位クラスター変分法 / 経路確率法 / 原子変位 / 理想ガラス転移 / スピノーダルオーダリング / ガラス転移温度 / スピノーダルオーダリング温度 / T0ダイアグラム / バルク金属ガラス / 理想ガラス転移温度 / 一次変態 / 結晶-液相変態 / T_0ダイアグラム / フェーズフィールド法 / 電子論計算 / 短範囲規則散漫散乱強度 / 散漫散乱強度 / Lennard-Jones potential / 規則変態

Research Abstract

金属ガラスの微視構造は結晶格子とは異なり、非周期的な原子の変位によって記述される。これをシミュレートする為に、連続変位クラスター変分法を用いてプログラムコードの開発を行い、原子間にレナードジョンズポテンシャルを仮定した二次元正方格子系を対象に計算を行った。母格子の格子点からの変位分布がほぼGaussian分布をしていること、原子サイズの差が大きくなるにつれて、分布がより散漫になることを確認した。さらに、自由エネルギーを格子定数の関数として算出し、この極小値から平衡格子定数を求め、温度依存性から熱膨張係数を導出したが、温度と共に熱膨張係数の増大を示すなど、計算結果は妥当なものであった。次に、Fe-Ni系の電子状態計算から得られた原子間ポテンシャルを代入して第一原理計算を行い、熱膨張係数に関する計算結果をDebye-Gruneisenモデルのそれと比較した。計算結果はオーダーも傾向も一致した。
さらに、一次変態を記述する自由エネルギーを均一系の自由エネルギーとしてPhase Field法の計算を行った。昨年度までの研究で導出したGeneral Phase Diagramを参照にしてガラス転移温度よりも高温状態から冷却し、ある温度に保持したときのガラス核の生成の空間分布、およびその時間発展過程について考察を行った。
これらの計算より、クラスター変分法、連続変位クラスター変分法、経路確率法、Phase Field法を統合した計算が、ガラス転移の熱力学・動力学に対して、self consistentな結果を提供することを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Theoretical Study of Glass Transition Based on Cluster Variation Method (2007)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri, Yoshitaka, Kobayashi
  • Journal Title: Materials Science Forum 539-543 Pages: 2425-2430
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glass Transition within the Cluster Variation Approximation (2007)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri
  • Journal Title: Materials Science Forum 26-28 Pages: 723-726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase Field Calculations with CVM Free Energy within Square Approximation (2007)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri, Nao, Fujihashi, Ying, Chen
  • Journal Title: Materials Science Forum 561-565 Pages: 1935-1940
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical Study of Glass Transition Based on Cluster Variation Method (2007)
  • Author(s): Tetsuo Mohri
  • Journal Title: Materials Science Forum 539-543 Pages: 6-6
• [Journal Article] First-Principles Calculations of Phase Equilibria and Transformation Dynamics of Fe-Based Alloys (2006)
  • Author(s): Tetsuo Mohri
  • Journal Title: J. Phase Equlibria and Diffusion 27 Pages: 7-7
• [Journal Article] Deviation of congruent composition in Fe-Pd system (2006)
  • Author(s): Tetsuo Mohri
  • Journal Title: RARE METALS 25 Pages: 8-8
• [Journal Article] First-principles calculation of phase equilibria and phase separation of the Fe-Ni alloy system (2006)
  • Author(s): Yina Chen
  • Journal Title: RARE METALS 25 Pages: 4-4
• [Journal Article] Critical Estimation of Relaxation Coefficient in TDGL Eauation Based on Path Probability Method (2006)
  • Author(s): Munekazu Ohno
  • Journal Title: Materials Trans. 47 Pages: 7-7
• [Journal Article] Glass Transition within Cluster Variation and Path Probability Method (2005)
  • Author(s): T.Mohri
  • Journal Title: Materials Transaction 46 Pages: 1180-1186
• [Journal Article] Kinetics of Glass Transition Simulated by Path Probability Method (2005)
  • Author(s): T.Mohri, Y.Kobayashi
  • Journal Title: Materials Transaction 46 Pages: 2811-2816
• [Journal Article] Glass Transition within Cluster Variation Method (2005)
  • Author(s): T.Mohri
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan 30 Pages: 885-887
• [Journal Article] Glass Transition within Cluster Variation Method (2005)
  • Author(s): T.Mohri
  • Journal Title: Transactions of the Mat.Res.Soc.of Japan (in print)
• [Journal Article] Glass Transition within Cluster Variation and Path Probability Methods (2005)
  • Author(s): T.Mohri
  • Journal Title: Materials Transactions (in print)
• [Presentation] 多元系クラスター展開 (2008)
  • Author(s): 毛利哲夫・陳 迎
  • Organizer: 日本金属学会2008年春期講演大会
  • Place of Presentation: 武蔵工業大学(東京)
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] クラスター変分法とフエーズフィールド法に基づくマルチスケール計算 (2008)
  • Author(s): 毛利哲夫
  • Organizer: 第6回HSSワークショップ
  • Place of Presentation: 北海道(札幌市)
  • Year and Date: 2008-03-19
• [Presentation] Phase Filed Method on a discrete lattice (2008)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri, Munekazu, Ohno, Ying, Chen
  • Organizer: TMS2008
  • Place of Presentation: The Ernest Morial Convention Center(New Orleans,USA)
• [Presentation] Glass Transition within the Cluster Variation Approximation (2007)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri
  • Organizer: PRICM-6(Pacific Rim International Conference on Advanced Matrials and Processing)
  • Place of Presentation: ICC Jeju,Jeju Island,korea
• [Presentation] Phase Diagram Calculation for Materials Design (2007)
  • Author(s): Tetsuo, Mohri
  • Organizer: Summer School, Data Science and Design Science on Materials
  • Place of Presentation: The University of Tokyo(東京)
• [Book] ナノマテリアル工学体系「第2巻ナノ金属」 (2006)
  • Author(s): 毛利哲雄
  • Total Pages: 6
  • Publisher: フジ・テクノシステム
• [Book] The Science of Complex Alloy Phases (2005)
  • Author(s): T.Mohri(分担執筆)
  • Total Pages: 37
  • Publisher: TMS
• [Book] The Science of Complex Alloy Phases(共著)(Ed. by T.Massalski and P.E.A.Turchi) (2005)
  • Author(s): Tetsuo Mohri 他
  • Total Pages: 444
  • Publisher: TMS