2019 Fiscal Year Research-status Report
アモルファス固体の安定性は原子配列からどのように決まるのか？
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19K03778
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
西尾 憲吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70443207)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ガラス / 局所構造 / 安定性 / 分子動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Lennard-Jones (LJ) ポテンシャルで相互作用する原子からなる系は、希ガスや金属など、球形原子からなる系の良いモデルである。そのため、LJ 系の気体、液体、固体の性質が精力的に調べられている。LJ 液体、そしてそれを急冷して得られるLJ ガラスには、エネルギー的に安定な二十面体局所構造が多く存在すると長年信じられてきた。そのため、二十面体局所構造とLJ ガラスの安定性との関係がこれまでに調べられてきた。しかし、我々は最近、ガラスの局所構造を分類するための方法として多面体コードを開発し、この方法を用いて、LJ 液体やLJ ガラスにはエントロピー的に安定な二十二面体局所構造が多く存在することを示した。
このような背景のもと、令和元年度は、分子動力学シミュレーション上で、様々な物理的過程を再現してLJガラスを作成して、その構造と安定性の関係を調べた。具体的には、(a)高圧の流体、(b)臨界点の流体、(c)３重点の気体、(d)３重点の液体、(e)過冷却液体を急冷してLJガラスを作成し、ガラスに含まれる二十二面体局所構造の割合を調べた。その後、アニーリングを行い、結晶化が起こるまでの時間を測定し、得られたガラスの安定性を調べた。上述の(a)から(b)全てにおいて、ガラス作成に用いる冷却率が高いほど、ガラスに含まれる二十二面体局所構造が多くなることを明らかにした。そして、二十二面体局所構造の割合が多いほど、結晶化するまでの時間が長くなる、すなわち、ガラスが安定であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通りに、(a)高圧の流体、(b)臨界点の流体、(c)３重点の気体、(d)３重点の液体、(e)過冷却液体を急冷してLennard-Jones系のガラスを作成し、その局所構造とガラスの安定性との関係を調べているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度と21年度は、計算機実験の利点を活かし、人為的操作によってアモルファス・アルゴンを作成し、急冷して作ったアモルファス・アルゴンより安定なアモルファス・アルゴンを探索する。具体的には、20年度は、タンタルなどのアモルファス金属を計算機上で作成し、その座標をアモルファス・アルゴンの初期構造として用いて、アモルファス・アルゴンの原子配列と安定性の関係を調べる。21年度は、シリコンなどのアモルファス半導体を計算機上で作成し、その座標をアモルファス・アルゴンの初期構造として用いて、アモルファス・アルゴンの原子配列と安定性の関係を調べる。
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| Causes of Carryover |
アモルファス材料シミュレーションシステムの調達において値引き交渉が上手く進んだため。データ保存用のHDDの購入などに使用する。
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Research Products
(1 results)
