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金属ガラスにおける核生成自由エネルギー

研究課題

研究課題/領域番号 18029020
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関関西学院大学

研究代表者

西谷 滋人  関西学院大学, 理工学部, 教授 (50192688)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
5,600千円 (直接経費: 5,600千円)
2007年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2006年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
キーワード過冷却液体 / 準安定平衡状態図 / 結晶成長 / マルチスケールシミュレーション / エネルギー・体積曲線
研究概要

過冷却液体からの結晶の核生成自由エネルギーを第一原理計算から求めることができれば,アモルファス形成能や,過冷却液体からの微結晶化を制御する有力な手段となる.申請者は第一原理計算によって過飽和固溶体からの析出核生成にともなう活性化エネルギーを精密に求める手法を開発した.これを液固反応に適用することを当初考えて研究を進めたが,いくつかの課題を克服する必要があることが判明した.
固液反応における活性化エネルギーを計算するには,液相と固相それぞれの自由エネルギーの差を知ればよい.ところが,液相と固相の自由エネルギーは1次変態で独立である.したがって,少なくともどこかに基準を取った絶対値が必要となる.特にエンタルピー項は体積変化に依存した微妙な値であるが,液体において平衡体積を静的なモデルから解析的に定めることは不可能である.これを固体の体積-エネルギー曲線から評価できないかと第一原理計算をおこなったが,液体金属の希薄固溶エネルギーの3d遷移金属系列にわたる傾向は,見事に再現していた.しかし,固体と液体の自由エネルギーの相対的な差を再現することはできなかった.
実際の融点を分子動力学シミュレーションから求める研究はSturgeon-Lairdにより実行されている.そこでは,固体の自由エネルギーはアインシュタイン結晶から原子間相互作用に向かってスイッチを切り替えて,積分を実行している.一方,液体の自由エネルギーは理想気体から臨界点を迂回したパスで積分を実行している.このような積分計算には大きな系での動的なシミュレーションによる長時間平均の計算が求められ,市販のCPUを数台組み合わせたクラスターマシンでは年単位の計算時間が必要となる.より高速,大容量のスーパーコンピュータの利用が不可欠である。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Metastable Solvent Epitaxy of SiC2008

    • 著者名/発表者名
      S. R. Nishitani
    • 雑誌名

      J. Crystal Growth Vol.210

      ページ: 1815-1818

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] バルク中でのナノサイズ熱力学と相安定性2007

    • 著者名/発表者名
      西谷滋人
    • 雑誌名

      まてりあ 46巻・3号

      ページ: 216-219

    • NAID

      10018736087

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Free Energy Calculations of Precipitate Nucleation2006

    • 著者名/発表者名
      Shigeto R.Nishitani
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 539・543

      ページ: 2395-2400

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Vacancy effect on the precipitate nucleation in Fe-Cu alloy2006

    • 著者名/発表者名
      Shigeto R.Nishitani
    • 雑誌名

      Proceedings for the 3rd International Conference of Multiscale Materials Modeling (Ed by P. Gumbsch, (Fraunfofer IRB Veralag)) ISBN-13: 978-3-8167-7206-4

      ページ: 771-773

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] 析出核生成の活性化エネルギー2008

    • 著者名/発表者名
      西谷 滋人
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      武蔵工業大学
    • 年月日
      2008-03-28
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] SiC多形の高温安定性の第一原理計算2008

    • 著者名/発表者名
      西谷 滋人
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      近畿大学
    • 年月日
      2008-03-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] SiCの有限温度における相安定性の第一原理計算2007

    • 著者名/発表者名
      竹田 諒平
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 準安定溶媒エピタキシーにおける濃度プロファイル2007

    • 著者名/発表者名
      石井 英樹
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 準安定溶媒法(MSE)における炭素濃度変化のシミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      坂本 憲
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 鉄中溶質元素の第一原理計算2007

    • 著者名/発表者名
      西川 篤史
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-21
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Metastable Solvent Epitaxy による SiC の結晶成長シミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      西谷 滋人
    • 学会等名
      計算工学会
    • 発表場所
      代々木スポーツセンター(東京)
    • 年月日
      2007-05-23
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Driving Force in Metastable Solvent Epitaxy2007

    • 著者名/発表者名
      S. R. Nishitani
    • 学会等名
      Calphad XXXVI
    • 発表場所
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania
    • 年月日
      2007-05-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Concentration Profile Simulation of Metastable Solvent Epitaxy2007

    • 著者名/発表者名
      H. Ishii
    • 学会等名
      Calphad XXXVI
    • 発表場所
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania
    • 年月日
      2007-05-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Kinetic simulation of Metastable Solvent Epitaxy2007

    • 著者名/発表者名
      A. Sakamoto
    • 学会等名
      Calphad XXXVI
    • 発表場所
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania
    • 年月日
      2007-05-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] First Principles Calculations of SiC vibrational free energy2007

    • 著者名/発表者名
      R. Takeda
    • 学会等名
      Calphad XXXVI
    • 発表場所
      Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania
    • 年月日
      2007-05-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 固体物理の基礎 材料がわかる量子力学と熱統計力学2006

    • 著者名/発表者名
      西谷滋人
    • 総ページ数
      192
    • 出版者
      森北出版
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://ist.ksc.kwansei.ac.jp/~nishitani/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2018-03-28  

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