2020 Fiscal Year Annual Research Report
分子動力学に基づく非平衡・動的界面物性導出と合金組織形成過程の原子論的理解
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20J23028
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 健祥 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 固液界面エネルギー / メタダイナミクス / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，原子スケールの情報のみから直接的に固液界面物性を導出する手法の確立を目的としている．
令和2年度では特に非平衡温度下の固液界面物性導出手法の確立を目指した．凝固・融解により界面が移動しない平衡温度下の固液界面物性導出はいくつか報告されているものの，非平衡温度下の固液界面物性導出の報告例は皆無であり，導出手法は確立されていない．そこで，本研究ではメタダイナミクスを用いた非平衡温度下の固液界面エネルギー導出に取り組んだ．メタダイナミクスとは集団変数(collective variables: CV)を設定し，CVに基づきバイアスを加え系の状態遷移を加速することで，分子動力学(MD)計算からギブス自由エネルギーの導出ができる手法である．メタダイナミクスを用いることで，様々な非平衡温度下の純ニッケルおよび純鉄に対して，固相および液相状態の状態遷移を加速し，系の固相原子数に対するギブス自由エネルギーを求めた．そして，その得られたギブス自由エネルギーから非平衡温度下の固液界面エネルギーを導出し，純ニッケルおよび純鉄の固液界面エネルギーの温度依存性を求めることに成功した．その結果，温度が高くなるほど，純ニッケルおよび純鉄の固液界面エネルギーは減少することを明らかにした．また，その内容を学会で発表した．本研究で開発した手法を基に，様々な金属材料に対して非平衡温度下の固液界面物性導出が期待される．
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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
これまでの固液界面エネルギー導出の報告例は凝固・融解により界面が移動しない平衡温度下の固液界面エネルギー導出がほとんどであったが，非平衡温度下の固液界面エネルギー導出手法の確立に成功し，固液界面エネルギーの温度依存性を明らかにできたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度の研究で取り組んだ非平衡温度下の固液界面エネルギー導出手法について学術論文として執筆する予定である．そして，その開発した手法を用いて，合金系金属材料に対する非平衡温度下の固液界面エネルギー導出を行い，非平衡温度下の固液界面エネルギーの濃度依存性について明らかにする．
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