Theoretical development of super-ductile, super-tough, and super-strong high entropy ceramics

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22F22056
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Host Researcher: 尾方 成信 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)
• Foreign Research Fellow: ZHANG SHIHAO 大阪大学, 基礎工学研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2022-04-22 – 2024-03-31
• Keywords: セラミックス材料 / 分子動力学解析 / ニューラルネットワーク / 原子間相互作用

Outline of Annual Research Achievements

多元素化による優れた機械的特性を有するセラミックス材料を原子レベルから定量的かつ非経験的に設計するために不可欠である、ニューラルネットワーク原子間相互作用を作成するための基本的な技術を構築した。具体的には、ニューラルネットワークを学習させる際に必要である、第一原理計算をベースに構築するトレーニングデータセットの効率的な生成方法の開発を行った。そして、それを用いてジルコニアセラミックス材料の相変態や変形などの特性を首尾良く表現するニューラルネットワーク原子間相互作用を構築した。本ポテンシャルは、第一原理計算を学習しており、これまでの経験的なポテンシャルでは表現できない、フェーズダイヤグラムや、フォノン分散、相変態のパスやエネルギー障壁、界面の構造や運動などが第一原理計算の精度で再現することができる。この成果をまとめた論文を執筆し、投稿準備を行った。さらには、ZnO、 GaN、SrTiO3セラミックスについてもニューラルネットワーク原子間相互作用の作成を開始し、それぞれのプロトタイプを作成した。これらの原子間相互作用のプロトタイプは、これら複雑な多元系セラミックスの転位芯構造やその運動を守備よく表現できることが確認でき、セラミックスの強度や塑性変形解析に資することが可能であることが確認された。本研究はフランスのグループとの国際共同研究により実施したものであり、論文執筆もフランスのグループと共同で実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ニューラルネットワーク原子間相互作用を構築することを可能とし、セラミックス材料の機械的特性を原子レベルから設計するための強力なツールを獲得することができた。

Strategy for Future Research Activity

ニューラルネットワーク原子間相互作用を他のセラミックス材料についても構築し、変形様式の違いを検討することで、セラミックス材料の設計指針を獲得する。