第一原理計算による高密度格子欠陥構造の電子論的解明と材料設計

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18062007
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 香山 正憲 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 上席研究員 (60344157)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 真悟 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 研究員 (50357448) ; 吉矢 真人 大阪大学, 工学研究科, 助教授 (00399601) ; 上杉 徳照 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (10405342)
• Keywords: 第一原理計算 / 結晶粒界 / 転位 / 溶質 / 点欠陥 / Grain-Subdivision / 機械的性質 / 電子構造

Research Abstract

[粒界・界面の第一原理計算]:本分担課題では、粒界や界面の原子・電子構造とその機械的性質、溶質原子や不純物と粒界との相互作用を第一原理計算により解明し、微細構造形成や特異な機械的性質の発現のメカニズムについて検討する。H18年度は、そのための準備として、まず、AlとCuの完全結晶の第一原理計算、並びに、対応粒界モデル(傾角粒界、ねじり粒界)の構築と第一原理計算のテストを行った。完全結晶については、格子定数やエネルギーが高精度に再現できることを確認した。また粒界モデルについては、計算高速化のための対称性分析を行い、CuとAlのΣ=11傾角粒界でのテストに成功した。
[溶質と欠陥・粒界の相互作用]:本分担課題では、巨大歪による微細組織形成のメカニズムとして、Grain Subdivisionについて考察した。すなわち、加工による転位の導入とその局在化、粒界形成について、解明すべき課題、計算モデル、解明の手順を検討した。その結果、まず、原子間ポテンシャルであるEAM法を用いて粒界の傾角増加と転位の蓄積・局在化の過程を理解すること、次に第一原理計算を用いて、この過程に及ぼす様々な因子(不純物、粒界エネルギー、積層欠陥エネルギー等)を掘り下げて理解することが必要であると結論づけられた。こうした計算の諸準備を行った。
[高密度点欠陥構造の第一原理計算]:本分担課題では、異種及び同種の高密度点欠陥(溶質原子、空孔)構造、粒界と溶質原子の相互作用等の計算を行う予定である。さらに、転位論などメゾ・マクロの強度設計理論との組み合わせや新モデルの検討をリードする。H18年度は、(1)異種及び同種の高密度点欠陥構造のスーパーセルの検討、(2)多様な溶質原子に対応するため各溶質原子の擬ポテンシャルの検証、(3)Al中での遷移金属に限った同種溶質原子同士の原子対の第一原理計算を行った。その結果、特に、Al中のFeについて、単原子でも大きな格子ミスフィットを示すが、Fe-Feダイマーの場合に特に増進され、固溶強化に有効であることが判明し、実験と比較・検討した。