Development of calculation algorithm for theoretical phase diagrams using Convex hull method

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02387
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Physical properties of metals/Metal-base materials
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Ohtani Hiroshi 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70176923)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯久保 智 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (40414594) ; 徳永 辰也 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40457453) ; 榎木 勝徳 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60622595)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 状態図 / 相平衡 / 電子論計算

Outline of Final Research Achievements

In this study, by first-principles calculation-based ground state analysis using Convex hull, the authors challenged to develop a technique to calculate the relative stability in which the objective phase has for other phases and a methodology to overcome the metastability, and examined the effectiveness and problem of electronic calculation phase diagram. Comparing the theoretical phase diagrams with the experimental ones, a slightly different equilibrium was found between them, but the phase boundary was reproduced by correcting the free energy back and forth for several kJ/mol, which indicates that this technique is very useful in the phase diagram calculation.

Free Research Field

金属組織学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって，各準安定構造のエネルギー準位と基底状態の自由エネルギー差を定量的に評価することが可能になった．この自由エネルギー差は，目的の新しい準安定物質の作製において熱力学的駆動力となることから，これを計算で求めることができるようになったことは，学問的にきわめて重要であると認識している．実験的なプロセスによってこのような準安定相を作製するためには，さらに活性化エネルギーを評価する必要があるが，Nudged Elastic Band法がこの活性化エネルギーを予測する上で有効な手法であることが確認されたことは今後の準安定構造の合成における重要な第一歩であると考えられる．