Multi-scale simulation for gas/liquid/solid hetero interfaces from first principles method

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22044
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Tada Tomofumi 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 洗平 昌晃 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20537427)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is constructing a theoretical framework for large-scale simulation of interfaces composed of gas, liquid, and solid phases, which are required for theoretical designing of functional devices based on a microscopic model described in the atomistic scales. By combining the following three methods: (i) machine learning potential method using first-principles calculation as training data for highly accurate structural representation, (ii) multicanonical sampling method for evaluation of kinetic information of chemical reactions, and (iii) kinetic Monte Carlo method for large-scale simulation, we successfully achieved the purpose of this study.

Free Research Field

材料計算科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、我々の世界は様々な社会的課題に直面しており、中でも早急に解決が必要とされている課題としてカーボンニュートラルがあります。これを達成するには、グリーンな物質変換・物質輸送が必要であり、電池、触媒等の機能性デバイスの更なる性能向上が必要とされております。本研究の成果である、複雑な界面とそこでの化学反応を正確に記述し大規模スケールに原子分子の微視的モデルを用いたまま展開する理論的枠組みは、機能性デバイスの設計指針をより正確に与えることのできる設計ツールの基盤となります。