2020 Fiscal Year Annual Research Report
Ab initio thermodynamics assessment based on data-driven structure modelling
Publicly Offered Research
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
19H05169
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
本郷 研太 北陸先端科学技術大学院大学, 情報社会基盤研究センター, 准教授 (60405040)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハイエントロピー合金 / 第一原理熱力学アセスメント / マテリアルズ・インフォマティクス / 機械学習 / クラスタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ハイエントロピー合金(HEA)系の特異物性の理解に向け、組成配分や偏析に伴う非均一性を考慮したミクロ組織解析を目的とする。解析手法として、「XRD分類による機械学習的構造推定法」と「第一原理熱力学アセスメント」を開発する。まず、大量の微視的構造モデルと呼応するXRDシミュレーションの構造・XRDパターンのデータを学習データとするクラスタリング識別モデルを構築する。昨年度の段階で、当該モデルに関する予備的成果を原著論文として出版した。この推定構造と実験を照合して得られた微視的原子配列構造を入力とする第一原理熱力学アセスメントを実施し、微視的構造の寄与を解明する。典型的な単相固溶体系HEAであるAlxCoCrFeNi(x<2)を対象系とする。
昨年度から今年度にかけて、x=0の場合の４元系CoCrFeNiにおいて、Cr原子にL12短距離秩序を持つ（部分的な）ランダム原子配置の方が自由エネルギー的に安定であることが確認できた。そこで、当初の研究方針とは異なり、3d遷移金属からなる４元系（全１５組成パターン）を対象として、ヘルムホルツ自由エネルギーを算定し、完全ランダム系とL12短距離秩序を持つ部分ランダム系の（温度に対する）相安定性を検証した。その結果、いくつかの組成に対して、L12短距離秩序を持つ方が完全ランダム系よりも安定であることを発見した。HEAに関する先行研究論文調査を行ったが、４元系HEAですら、このような系統的研究は行われておらず、本研究で初めて見出された知見である。当該成果を原著論文にまとめて投稿し、現在、査読中となっている（arXiv:2110.02587）。第一原理熱力学的アセスメントでは、対象合金系に含まれる全ての二元及び三元系合金の自由エネルギー計算が必要であるため、全てのパターンについての計算は完了しておらず、現在も計算を継続している。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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