ナノコンタクト形成過程の分子動力学シミュレーション

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450048
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅野 宜崇 京都大学, 工学研究科, 助手 (40314231)
• Keywords: ナノコンタクト / 分子動力学 / 微小材料 / 引張変形 / すべり / 原子鎖 / 極細線 / 延性

Research Abstract

電子デバイス等の微小構造物ではいっそうの縮小・集積化が進められており、ナノオーダーのサイズの要素の作製が模索されており、その特性の評価が重要となってきている。本研究では、実験観察が困難なナノメートルサイズのコンタクトの形成過程および変形過程を分子動力学法に基づく計算機実験によって明らかにした。アルミニウムを対象として、(1)第一原理による原子鎖(原子が一列に並んだ形状のコンタクト部)の理想引張り強度解析、(2)有効媒質法原子間ポテンシャルの引張り変形における有効性、(3)有効媒質法に基づく微小コンタクト部の引張り分子動力学解析、について検討した。(1)より、原子鎖の強度は約1nN程度であることが判明した。また、原子鎖はバルク材と比較すると高強度・低延性である。(2)においては、単結晶材料の同引張り条件下で第一原理解析と有効媒質法原子間ポテンシャルの解析を行い、両者を比較した。有効媒質法は、同一引張りひずみにおいてわずかに低応力を示す傾向があるが、引張り強度・破断ひずみとも両者はほぼ一致し、同法による評価の有効性が示された。また局所的に乱れた構造に対するポテンシャルの有効性を明らかにした。(3)より、微小材料は近隣に表面があるため、引張り変形とともに部分転位が表面より発生し、他の表面へ貫通することによって積層欠陥が形成されることが判明した。また、回復もすみやかに生じる。引張り後期においては原子の集団的な移動によるねじれが生じて変形が進行する。また、初期結晶の方位の影響についても明らかにした。

Research Products

• [Publications] 北村隆行: "原子鎖の強度に関する第一原理解析"日本機械学会論文集,A遍. 64-654. 203-208 (2001)
• [Publications] 梅野宜崇: "分子動力学法によるAlナノコンタクトの引張変形機構の解析"日本機械学会講演論文集. 00-4. 23-24 (2000)
• [Publications] 梅野宜崇: "アルミニウムナノコンタクトの引張変形機構の分子動力学解析"日本機械学会講演論文集. 00-1-II. 35-36 (2000)