2014 Fiscal Year Annual Research Report
界面原子構造を考慮した合金の熱力学的安定性解明の為の理論計算手法の確立
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25820323
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
弓削 是貴 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70512862)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 界面 / 第一原理計算 / 格子統計情報理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，第一原理計算に立脚して合金の界面，特に異種構造間の複雑な界面を陽に含む系の熱力学的安定性や偏析挙動を高精度に予測できる理論計算手法の開発と応用を目指すものである．その中で，平成25年度においては界面を含む系のエンタルピーを，格子定数の違いに起因した長距離の歪の効果までを精確に考慮して高精度に予測可能な理論手法の開発とプログラムの作成，およびモデル系でのテスト計算と実際の合金系への応用を中心に行った．具体的には，母相からの析出過程で考慮すべき，格子上の原子配置や李宗一からの内部座標の変化，格子自体の歪などに依存した2元系におけるエンタルピーを古典論の枠組みの中で完全に記述可能な一般化イジングモデルでのハミルトニアンの開発に成功した．通常のイジングモデルでは原子半径の違いに起因した歪の効果は，相互作用のフーリエ変換が逆格子空間のガンマ点で真性特異点を持つために完全な記述ができないが，本研究で開発した手法ではイジングモデルにおけるスピンの関数の内積を離散値から連続値に拡張し，その基底関数と原子配置に関する基底関数をcouplingさせることで上記の問題点を克服できる．また，内部座標に関しては空間を適当なメッシュに分割し，そのメッシュ上で仮想空孔を含めた仮想的な３元系の配置の基底関数を用いることで，第一原理計算の精度を殆ど損なうことなく，複雑な変位を伴う系のポテンシャルエネルギーサーフェスを予測することに成功した．この手法に関するプログラムを作成し，現実の系(Cu-Rh合金等）に適用し，高精度で界面を陽に含む系のエンタルピーを計算できることを確認した．平成26年度においては界面やバルクを含む非常に多数の微視的状態で本質的に記述される平衡状態の物理量を，構成元素や温度に依存しない特殊な微視的状態のみで記述できる格子統計情報理論を開発し，バルクや界面への応用を検証した．
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