2012 Fiscal Year Annual Research Report
次世代軽元素テクノロジーのための固体中ダイナミクスの量子・原子論的モデリング
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24686072
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
君塚 肇 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 軽元素ダイナミクス / 量子効果 / 多重レプリカMD法 / 自由エネルギー地形 |
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| Research Abstract |
軽元素テクノロジーの高度化・実用化のための研究開発に貢献するため、量子効果に由来する軽元素の特異な挙動を定性的かつ定量的に評価するための材料モデリング手法を構築する。更に、構造材、透過材、電極材等の典型モデルにおける軽元素の拡散・偏析・反応等の動的過程の詳細を獲得し、軽元素特有の固体中ダイナミクスを量子・原子論的に明らかにする。本年度は以下の3項目に対して具体的な解析を行い、その妥当性を評価した。
1.経路積分セントロイド分子動力学法およびリングポリマー分子動力学法を活用することで、鉄中の重水素、三重水素等の水素同位体の量子的拡散ダイナミクスを評価した。特に、水素拡散過程における経路と障壁の温度変化に対する量子効果および同位体効果を定量的に明らかにすることに成功した。
2.軽元素を含む一般的な原子拡散過程の温度依存性を評価するため、新たな拘束条件に基づく拘束分子動力学法による自由エネルギー勾配評価手法を構築した。また本手法を活用することで、原子・空孔等の移動過程における自由エネルギー地形を獲得できることを確認した。
3.水素貯蔵材料系として重要なマグネシウム系における水素拡散過程を評価することを目的として、密度汎関数法コードConquestをソフトウェア的に疎結合させることで、第一原理計算ベースの相互作用に基づく経路積分シミュレーションを実現するための枠組みを構築した。なお本件は,英国UCLのGillan教授およびBowler博士との共同研究の成果である。
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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
本モデリング手法の根幹部分である経路積分法および拘束分子動力学法の実現に対して目処を付けることができ、更に実際の解析上重要となる固体中の軽元素の相互作用を第一原理計算から直接的に取得する枠組みを構築することができたことから、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は目標とするモデリング手法の各要素手法(経路積分法、最小エネルギー経路探索法、拘束分子動力学法)を首尾よく構築し、その妥当性を確認することが出来た。今後は得られた手法を有機的に連成させることで、有限温度下での軽元素ダイナミクスの量子効果が実際的に評価できるように発展させたい。また、英国UCLのグループとの共同研究を推進することで、本手法を第一原理計算ベースで解析できるようにしていきたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
新規設備である「軽元素ダイナミクス解析用並列計算機」の導入価格が性能対比で安価に抑えることが出来たため当該助成金が生じることとなった。次年度は研究の進展に伴い一層の計算機資源が要求されることから、予定されている研究費と合わせた上で本並列計算機の増設用予算として使用する予定である。
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Research Products
(8 results)
