格子欠陥自由エネルギーの精密計算法の開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05067
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26010:金属材料物性関連
• 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, 工学部, 教授 (50192688)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 第一原理計算

研究成果の概要

小傾角の粒界エネルギーは転位論を基礎とするRead-Shockleyモデルによって解釈できるとされてきた。しかし、Alの粒界エネルギーの計測結果はこのモデルを否定するものであった。本研究では、この実験と理論の齟齬を、新たに開発した自由エネルギーの有限温度計算法によって、第一原理計算を使って解決した。

自由記述の分野

金属物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

Al粒界エネルギーの実験結果を再現する計算法が確立した。これによって、あらゆる金属系の平衡温度での粒界エネルギー、有限温度での粒界での溶質原子の自由エネルギー、析出物の核生成の活性化エネルギーを高精度に求めることが可能となった。この計算法を使えば、ミクロ組織を制御する工業プロセスの操業設定を計算だけで高精度に予測できる。
さらにこの研究を通して、粒界に適用されていた転位モデルが誤っていること,転位エネルギーが転位芯に起因することが解明された。これは、材料制御の基礎となる転位論の再検討の足掛かりとなる。