| Project/Area Number |
20J23028
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 健祥 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 固液界面物性 / メタダイナミクス / 分子動力学 / 固液界面エネルギー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では合金材料組織形成の高精度予測の実現に向けて，原子スケールの情報のみから直接的に合金固液界面物性を導出する方法を確立することを目指す．研究方法としては分子動力学（MD）法シミュレーションによる数値解析を基本とし，原子間ポテンシャルの精度向上のため，機械学習を用いたポテンシャル関数構築を行う．さらに大規模MD計算にはGPUスパコン上での大規模並列計算を導入する．具体的な研究内容としては，適切な原子間ポテンシャルを用いたMD計算により非平衡（動的）界面での固液界面エネルギーの導出を行う．さらに1~100億原子程度の大規模MD計算により合金組織形成過程における原子論的描像を直接明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度では，メタダイナミクスを用いた融解エントロピーの温度依存性について取り組んだ．令和3年度では，メタダイナミクスを用いることで純ニッケルおよび純鉄どちらも温度が上がるにつれ融解エントロピーは増加する正の相関の温度依存性が得られていたが，令和4年度ではギブス-ヘルムホルツの式を用いることでも純ニッケルおよび純鉄に対して融解エントロピーの温度依存性の導出を試みた．その結果，2つの手法による融解エントロピーの温度依存性がほとんど一致することを明らかにした．ギブス-ヘルムホルツの式を用いる場合，2つ以上の温度において融解エンタルピーの温度依存性の結果を線形フィッティングすることにより融解エントロピーの温度依存性が導出できる一方で，メタダイナミクスを用いる場合，１つの温度だけで直接的に融解エントロピーを導出できフィッティングによる影響を受けないのが利点である．そして，その内容について学会で口頭発表した．また，ランダムにCr原子を配置したFe-Cr合金の固相において，Metropolis Monte Carlo法により局所的クラスターが固相内に形成するが，ランダムにCr原子を配置した場合と比べ，Fe-Cr合金固液共存系の固液界面移動速度にほとんど変化がないことを明らかにした．
また，従来のMD計算で導出が困難である自由エネルギーやエントロピーに起因する高温物性値の導出手法を確立した上で，合金材料固液界面物性および固液界面エネルギーの温度依存性を解明し，金属材料固液界面物性の起源について原子論の立場より明らかにしたこれまでの研究を博士論文として総括した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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