分子シミュレーション法による欠陥、転位、粒界の相転移への影響

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12640465
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 河村 雄行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (00126038)
• キーワード: 分子シミュレーション / 分子動力学法 / メトロポリスモンテカルロ法 / 相移転 / 状態方程式 / 点欠陥 / 転位 / 並列計算システム

研究概要

1.すでに開発していた分子シミュレーション計算手法とプログラム(分子動力学法:MXDORTOとMXDTRIL、およびモンテカルロ法:MCORTOプログラム)さらに発展させた。発展内容は主として次のものである。
相転移温度・圧力を含むいくつかの温度圧力条件での(NPT)アンサンブルでのMDおよびMCシミュレーションを行うので、圧力制御方法の依存性を調べることは不可欠である。従来の1)応力テンソルによる基本セル形状のスケーリング、2)パリネロとラーマンの方法による相転移挙動への手法の依存性を調べた。さらに弾性体の運動方程式を用いた圧力一定の分子動力学法の基本方式を確立した。また、新たな汎用原子間相互作用モデルに対応した。
2.分子シミュレーションの計算に必要不可欠な原子間相互作用モデルについては、H_2O、CaO、CaTiO_3などについて12年度に精密化し、13年度はNH_3、GaNを含めより複雑な物質を再現するものを開発し、さらに精密化を行った。
3.シミュレーション計算の初期構造として、完全結晶にあらかじめ点欠陥、転移、粒界などの原型を作成しておく必要がある。このための手法をさらに発展・汎用化し、それを実行するプログラムを開発した。その有効性を、モデルとしての欠陥構造等を作成い小規模のシミュレーション計算を行い、その安定性・構造変化・欠陥エネルギーなどを評価することにより確認した。
4.大規模計算を行うため、dualCPUのPCの4台による8CPUの分散並列コンピュータシステムを構築し、これに対応して、より大規模な系のための汎用並列分子シミュレーションプログラムを作成した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ichikawa, K.Kawamura, M.Nakano, K.Kitayama, T.Seiki, N.Theramast: "Seepage and consolidation of bentonite saturated with pure- or salt-water by the method of unified molecular dynamics and homogenization analysis. Engineering"Geology. 60. 127-138 (2001)
• [文献書誌] Taku TSUCHIYA, Katsuyuki Kawamura: "Systematics of elasticity : Ab initio study in B1-type alkaline earth oxides"J.Chemical Physics. 114・22. 10086-10093 (2001)
• [文献書誌] Hisako Sato, Akihiko Yamagishi, Katsuyuki Kawamura: "Molecular Simulation for Flexibility of a Single Clay Layer."J.Phys.Chem.B. 105・33. 7990-7997 (2001)
• [文献書誌] ICHIIKAWA, Y., KAWAMURA, K., UESUGI, SEO, Yong-Seok, FUJII, N.: "Micro-and macrobehavior of granitic rock : Observations and viscoelastic homogenization analysis"Computer methods in applied mechanics and engineerling. 191. 47-72 (2001)
• [文献書誌] Keiji Yamahara, Keiji Okazaki, Katsuyuki Kawamura: "Molecular dynamics study of the thermal behaviour of silica glass/melt and cristobalite"Jornal of Non-Crystalline Solids. 291. 32-42 (2001)
• [文献書誌] Keiko Tamura, Katsuyuki Kawamura: "Molecular Dynamics Modeling of Tubular Aluminium Imogolite"J.Phys.Chem. B.. 106・2. 271-278 (2002)
• [文献書誌] Hidenosuke Itoh, John S. Tse, Katsuyuki Kawamura: "The structure and dynamics of doubly occupied Ar hydrate"Journal of Chemical Physics. Vol.1(115)No.20. 9414-9420 (2002)