第一原理局所解析によるシンクロ型LPSO構造における欠陥間相互作用の解明

• Project Area: Materials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials-
• Project/Area Number: 26109705
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 椎原 良典 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90466855)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2015: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 第一原理計算 / 原子応力 / マグネシウム / 機械的特性 / LPSO合金 / 局所応力 / 局所エネルギー / 局所弾性定数 / 積層欠陥エネルギー分布

Outline of Annual Research Achievements

シンクロ型LPSO構造を持つMg合金の構造的特徴は，介在原子からなる濃化層と hcp結晶積層欠陥であるfcc層が同調した長周期構造にある．サブ構造である濃化層とMg層は各々異なる格子定数，および，弾性的性質を持ちえることから，その差異はLPSO相の構造安定性，また，LPSO構造合金における機械的特性に反映されると考えられる．本研究では，シンクロ型LPSO構造の局所的な力学状態およびその電子論的背景を明らかにすることを目的として，筆者らの独自手法である第一原理原子応力解析を開発し，LPSO合金へと適用した．
離散系である原子系においては，連続体力学での応力場の定義をそのまま用いることはできない．第一原理計算で原子レベルの応力を計算するためには，Nielsen-Martinのセル応力を原子ごとに分配する必要がある．本研究では新たに，原子軌道基底関数を用いてセル応力を各原子に分配する手法を開発した．本手法を通じて，LPSO合金の解析に必須である大規模原子系への適性を得たのみならず，原子応力の定義におけるゲージ依存性の問題を完全に取り除くことができた．
原子応力計算法を用いて，LPSO相構造の内部応力を評価した．LPSO相は濃化層とMg層が交互に積層したヘテロ構造であることから，これらの原子層における格子定数の差異（格子ミスフィット）は弾性エネルギーを通じて系の構造安定性を左右しうる．得られた応力分布から，濃化層とMg層との格子ミスフィットが小さいことを明らかにした．また，格子間原子を持つLPSO相についても解析を行い，格子間原子がミスフィット応力に与える影響が小さいことを明らかとした．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Contribution of d electrons to surface stress and their changes by layer relaxation for a series of 4d transition metals: ab initio local stress and tight-binding stress model (2016)
  • Author(s): Yoshinori Shiihara and Masanori Kohyama
  • Journal Title: Surface Science Volume: 633 Pages: 120-128
  • DOI: 10.1016/j.susc.2015.08.009
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] First-Principles Local Stress Analyses on Semiconductor Hetero-Interfaces of GaAs/XAs (X=Al, In) (2016)
  • Author(s): 椎原良典，香山正憲
  • Journal Title: Journal of the Society of Materials Science, Japan Volume: 65 Issue: 2 Pages: 113-118
  • DOI: 10.2472/jsms.65.113
  • NAID: 130005126263
  • ISSN: 0514-5163, 1880-7488
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Atomic-scale elastic state in synchronized LPSO phase: ab initio local stress calculation (2016)
  • Author(s): Yoshinori Shiihara, Masanori Kohyama
  • Organizer: Multiscale Materials Modeling 2016
  • Place of Presentation: Dijon, France
  • Year and Date: 2016-10-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 介在物原子を含むMg合金SLPSO相中の第一原理応力分布評価 (2016)
  • Author(s): 椎原良典，香山正憲
  • Organizer: 日本計算工学会計算工学講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
  • Year and Date: 2016-05-31
• [Presentation] Local elastic state of LPSO structure in Mg alloys: an ab initio local stress analysis (2015)
  • Author(s): Yoshinori Shiihara, Masanori Kohyama
  • Organizer: Mg 2015
  • Place of Presentation: 韓国済州島
  • Year and Date: 2015-10-11 – 2015-10-15
• [Presentation] Local elastic state of LPSO strucutre in Mg alloys: an ab initio local stress analysis (2015)
  • Author(s): Yoshinori Shiihara, Masanori Kohyama
  • Organizer: Mg 2015
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-10-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 第一原理局所応力解析法によるMgZnY長周期合金の局所剛性評価 (2015)
  • Author(s): 椎原良典，香山正憲
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] hcp金属LPSO構造の局所エネルギー解析 (2015)
  • Author(s): 椎原良典，香山正憲
  • Organizer: 日本計算工学会計算工学講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-08
• [Presentation] Interaction between lattice defects in Mg crystal: ab initio local energy analysis (2014)
  • Author(s): Yoshinori Shiihara, Masanori Kohyama
  • Organizer: LPSO2014
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2014-10-05 – 2014-10-08