Development of first prinicples calculation method of finite temperature defect energy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05067
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26010:Metallic material properties-related
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: Nishitani Shigeto 関西学院大学, 工学部, 教授 (50192688)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 第一原理計算

Outline of Final Research Achievements

The energies of small-anlge grain-boundaries have been predicted by the Read-Shockley model based on the dislocation theory.However, experimentally observed energies on the Al tilt boundaries have been inconsistent with the theoretical prediction.This dilemma between the theory and the experiments, in this research, was solved by the newly developed finite-temperature free energy predicting method with the first-principles calculations.

Free Research Field

金属物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Al粒界エネルギーの実験結果を再現する計算法が確立した。これによって、あらゆる金属系の平衡温度での粒界エネルギー、有限温度での粒界での溶質原子の自由エネルギー、析出物の核生成の活性化エネルギーを高精度に求めることが可能となった。この計算法を使えば、ミクロ組織を制御する工業プロセスの操業設定を計算だけで高精度に予測できる。
さらにこの研究を通して、粒界に適用されていた転位モデルが誤っていること,転位エネルギーが転位芯に起因することが解明された。これは、材料制御の基礎となる転位論の再検討の足掛かりとなる。