2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of first prinicples calculation method of finite temperature defect energy
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20K05067
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
西谷 滋人 関西学院大学, 工学部, 教授 (50192688)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 有限温度 / 調和振動子近似 / 非調和振動効果 / 粒界エネルギー / 点欠陥 / 表面エネルギー / アルミニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「格子欠陥自由ネルギーの精密計算法の開発」では，第一原理計算だけを用いて有限温度の自由エネルギーを求める手法の開発と，その格子欠陥エネルギーへの適用を目的とした.
対象物質としてAlおよびCu,対象格子欠陥として粒界，点欠陥，表面として，研究を進めることを目標に掲げていた．しかし，昨年度までに，CuはAlに比べて平衡温度が高温であり，さらに第一原理計算で必要となる電子がspd軌道であり，フェルミ面近傍の電子状態に対して，体積変化の影響が大きいことが判明している．さらに，点欠陥として原子空孔および表面エネルギーを計算するには，Frenkel法の適用が不可欠であり，モンテカルロ計算が収束するのに相当なステップ数が必要となることが判明していた．
そこで，初年度に開発したEinstein法とFrenkel法を組み合わせた調和，非調和の影響を計算するのでは限界があると思われ，非調和の影響を静的に取り入れたVu Van Huangが開発したモーメント法の有効性を今年度は検証した．しかし，モーメント法で求められる非調和効果は，原子周辺のポテンシャルの高次項である．その結果，安定体積を求めることはできるが，Frenkel法で求められるその他の非調和の影響は入ってこないということが明らかになった．
そこで，Alに対象を絞って，ねじり粒界の有限温度効果およびMg, Znが粒界におよぼす影響を計算した．結果は，ねじり粒界で観測されている低い温度依存性，およびMg, Znの原子半径の違いに依存する粒界サイトの選択性が解明された．これらの結果は学術論文として投稿の準備を行なっている.
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