2022 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of hydrogen transport in a metal by quantum/molecular/statistical dynamics
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21K18682
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
徳増 崇 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10312662)
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2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子間ポテンシャル / 水素拡散 / 鉄の熱振動 / 経路積分法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、2021年度に構築された分子間ポテンシャルを用いて、鉄内部の水素の移動を経路積分法によりシミュレーションする手法を、いくつかの条件について行った。しかし、いくつかの条件で計算エラーが発生したため、ポテンシャルの再検討を行った。具体的にはEAMポテンシャルからABOポテンシャルへとシステムを変化させて計算を行った。まず、計算システムのエネルギー保存則を確認した。鉄は2000個の鉄原子で構成した。初期温度は400[K]、タイムステップは0.1[fs]と1.0[fs]である。計算システムの全エネルギーを最小化した後、NVEアンサンブルを用いて0.1[ns]のシミュレーションを行った。計算結果から、タイムステップを0.1[fs]にするとエネルギー保存則が成立することが確認された。
次に原子間ポテンシャルが正しく使われていることを確認するために、先行研究との比較も行った。具体的には、溶解エネルギーの計算を行った。まず、Fe-H系の全エネルギーを最小化した後、H原子を除去した。その後、再び鉄の系を最小化した。このシミュレーションに先立ち、ダイヤモンド構造を持つ炭素原子の系について、炭素原子1個あたりのエネルギーを計算した。算出したFe-H系の全エネルギーから、鉄の系の全エネルギーと取り出した炭素原子のエネルギーを差し引いて、溶解エネルギーを算出した。炭素原子を八面体の空隙に配置した場合、計算結果は先行研究と比較的一致し、ポテンシャルの妥当性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
鉄の分子間ポテンシャルに問題が発生し、そのためシステムの再構築にかなりの時間を費やしてしまった。本来の動的モンテカルロ法の計算まで進んでいないため、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は再構築されたシステムを用いてデータを取得し、それをモデル化して動的モンテカルロ法の計算に導入し、鉄内部の水素拡散の大規模分子シミュレーションを行うことを考えている。
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| Causes of Carryover |
2022年度に鉄内部の水素原子の拡散現象を、いくつかのパラメーターを変化させて大規模数値計算を行う予定でいたが、いくつかの計算でエラーが生じた。この内容について精査したところ、分子間ポテンシャルの設定の問題であることがわかり、新たに分子間ポテンシャルを構築する必要が生じた。またこの件に関してコロナ禍の影響で専門家と研究打ち合わせをする機会がとれず、研究が遅延した。2023年度は海外訪問が可能となっているので、この分子間ポテンシャルの構築に関してアドバイスをいただくとともに、計算機使用料として基金を使用してデータを取得することを考えている。
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