2008 Fiscal Year Annual Research Report
拡張された解析解制御分子動力学による単結晶シリコンのミクロ破壊機構の解明
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20560106
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
稲村 豊四郎 Nagoya Institute of Technology, 工学研究科, 教授 (60107539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武澤 伸浩 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教 (50236452)
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| Keywords | 分子動力学 / ヘルツ押込み / 解析解 / クラック / シリコン / アモルファス / 欠陥 / ミクロ |
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| Research Abstract |
本研究では、無欠陥単結晶シリコンを対象として
(i)破壊に先立つ材料内でのミクロ欠陥生成機構の解明と、
(ii)き裂先端場での動的なミクロ力学現象の解明
を目指した。研究手段としては、解析解で分子動力学(MD)を大域的に制御するという、解析解とMDの長所を融合した「解析解制御MD」を開発し、これを用いた。MDの制御に使う解析解としては
(i)については「ヘルツ接触理論解」を
(ii)については「モードI型き裂先端変位場」を用いた。
昨年度の研究では以下の成果が得られた。すなわち上記(i)については、当初困難と予想していた材料内の任意点でのヘルツ解析解変位の導出に成功した。さらにこれを使って解析解制御分子動力学シミュレーションを実行し、以下の事実を明らかにした。すなわち先在欠陥の無い単結晶シリコンのヘルツ押し込み試験においては、圧子接触部周辺は、せん断応力によって結晶構造がダイヤモンド構造からベータ錫構造に先ず変化し、さらにベータ錫構造からアモルファス構造に変化する。アモルファス構造への変化は、せん断応力により引き起こされる交差すべりによる。しかしこれだけではクラック生成の引き金になる欠陥は生成されない。ただしアモルファス化する際に弾性波が周囲に放出されることから、これが表面を伝播して動的応力による局所的な多結晶化を引き起こし、そこで既に働く静的せん断応力に起因した交差すべりが起きる際、粒界でボイドが生成される可能性が判明した。一方、(ii)については、昨年度の成果として、当初の予定通り'時間平均として解析解に従う'形式の制御法の定式化と、これに基ずくアルゴリズムのソフトウェアを開発した。
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Research Products
(2 results)
