2020 Fiscal Year Annual Research Report
合金組織形成ダイナミクスの原子論的理解に向けた分子動力学解析の時間スケール加速
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19H02415
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
澁田 靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属物性 / 時間加速分子動力学 / メタダイナミクス / ハイパーダイナミクス / スローダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では合金組織のさらなる高精度制御に向けて，時間スケールの限界から現行のMD法では到達不可能な組織形成に係るスローダイナミクス現象の原子論的描像を明らかにすることを目的としている．一般の分子動力学法では原子の運動を追随するためフェムト秒程度の小さな時間刻みが不可欠であり，時間スケールの加速は容易でない．2020年度はメタダイナミクスのバイアスポテンシャルを用いたHyperdynamics手法として知られるCollected Variable driven Hyperdynamics(CVHD)法を拡張し，これまで従来侵入型固溶体にしか適応できなかった問題を克服すべく，仮想原子の加速による置換型固溶体の溶質拡散の時間加速スキームを構築した．これを用いて具体的にFe-Cr合金における空孔を介した溶質拡散の時間加速を実現した．この知見を論文としてまとめComputational Materials Scienceに投稿し，現在査読中である．
またCVHD法で用いたメタダイナミクスによる自由エネルギー曲面探索法を応用し，鉄固液界面自由エネルギー導出法を新たに開発した．これにより非平衡界面(融点以外)の固液界面エネルギー算出が可能になったため，固液界面エネルギーの温度依存性を検討し，過冷温度の増加につれ界面エネルギーも増加することを明らかにした．これらの知見を公表すべく現在論文執筆中である．さらにこの方法をカーボンナノチューブキャップ構造生成過程に応用し，キャップ構造生成においてエントロピー成分が支配的であることを明らかにした．この知見は現在J Chem Physに投稿して現在査読中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り，置換型固溶体の溶質拡散の時間加速スキームを構築し，具体的にFe-Cr合金における空孔を介した溶質拡散の時間加速を実現した．これらの知見を査読付き英文論文に投稿中である．また本研究に用いたメタダイナミクスを拡張し，新たに固液界面自由エネルギー導出法を新たに開発し，非平衡温度下における固液界面エネルギー導出方法を新たに提案するなど，当初の計画以上に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
CVHD法で用いたメタダイナミクスによる自由エネルギー曲面探索法を応用し，固液界面自由エネルギー導出など原子論に基づく合金物性導出の新手法を確立を目指す．
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