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2019 Fiscal Year Research-status Report

時間拡張モデリング手法を用いた原子論に基づく転位の上昇運動機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19K23487
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

新里 秀平  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (10853202)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2021-03-31
Keywords転位の上昇運動 / 時間拡張モデリング / ナノ構造材料 / 原子モデリング
Outline of Annual Research Achievements

結晶材料中の線欠陥である転位の運動は材料の塑性変形の主たる素過程であり、高温ではすべり面外に移動する特異な上昇運動をすることで高温特有の塑性変形をもたらすことが知られている。しかし、近年ではナノ材料において室温環境下でも転位の上昇運動が発生するという非常に特異な現象が発見された。これは、室温下ではこれまで全く予測されていなかった変形機構であり、ナノ構造物を実用環境下で利用するうえで解明すべき非常に重要な新規現象である。しかし、現状では転位の上昇メカニズムの原子論的詳細は未解明である。本課題では時間拡張モデリング手法を用いることで転位の上昇運動機構の原子論・エネルギー論的解明を目指し、令和元年度はナノスケール構造材料における室温転位上昇機構を解析するためのモデルの検討と、加速分子動力学法による時間拡張モデリング基盤の構築および検討を行った。電子顕微鏡を用いて実際に観察されているナノ構造材料中の転位の上昇運動前後の原子描像をもとに、室温転位上昇の発生する材料とその結晶構造、転位の構造を特定し、原子モデルの作成を行った。刃状転位を含む金属薄膜に対して圧縮荷重条件下での加速分子動力学解析を実施することにより、室温条件下での短距離の転位上昇が発生することを確認し、その過程での原子の移動軌跡を獲得した。これにより、反応経路探索手法を用いた転位上昇過程のエネルギー論的検討を行うために有益な知見を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初利用を予定していた時間拡張モデリング手法であるDiffusive Molecular Dynamicsについては有効性の検証段階であるが、代替手段として異なる加速分子動力学モデリングの枠組みについても構築・検証を行った。構築した時間拡張モデリング手法を転位上昇過程の解析に適用し、ナノ薄膜中の転位上昇過程における原子描像を獲得することができた。以上の情報はエネルギー論に基づく反応経路解析で重要となる知見である。以上より、本課題はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

室温転位上昇過程の反応経路解析を行うことにより、ナノ構造材料における室温得意変形プロセスの熱活性化パラメータを獲得する。また、構築した時間拡張モデリング手法を材料表面での原子拡散現象にも適用し、転位上昇過程に対する表面拡散の影響の検討・評価を行う。さらに、Diffusive Molecular Dynamicsの有効性の検討も引き続き並行して行う。

Causes of Carryover

当初の予定より大規模並列計算機の利用料が少なくなったこと、および新型コロナウイルス感染症の影響により予定していた研究成果発表のための出張が中止となったため次年度使用額が生じることとなった。令和2年度においては物品費の他、研究の進展にともないより多くの計算機資源を要することから大規模並列計算機の利用料として計上する。

  • Research Products

    (5 results)

All 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Pittsburgh(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Pittsburgh
  • [Int'l Joint Research] 西安交通大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      西安交通大学
  • [Journal Article] An Atomistic Modeling Study of the Relationship between Critical Resolved Shear Stress and Atomic Structure Distortion in FCC High Entropy Alloys - Relationship in Random Solid Solution and Chemical-Short-Range-Order Alloys -2020

    • Author(s)
      Ali Md. Lokman、Shinzato Shuhei、Wang Vei、Shen Zeqi、Du Jun-ping、Ogata Shigenobu
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 61 Pages: 605~609

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MK2019007

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Monte Carlo study on atomic arrangement around crystal defect in multi-principal element alloys2020

    • Author(s)
      Shuhei Shinzato, Rodrigo P. Campos, and Shigenobu Ogata
    • Organizer
      TMS2020 149th annual meeting & exhibition
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グランドカノニカルモンテカルロ法を用いたMedium Entropy Alloy中の粒界偏析の原子論的解析2020

    • Author(s)
      新里秀平,尾方成信
    • Organizer
      日本金属学会2020年春期(第166回)講演大会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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