| 研究課題/領域番号 |
25420007
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
原 祥太郎 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (10401134)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ナノ材料 / 分子動力学 / レアイベント / 相変態 |
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| 研究概要 |
初年度は，レアイベント技術の相変態現象への適用可能性について、世界的な動向を調査した。その結果、申請者が開発してきた，オーダーパラメータベースのレアイベント技術を変態核生成プロセスためには、相変態現象に最適なオーダーパラメータへと既存コードを拡張する必要があることがわかった。そこで、本研究の解析対象を，実験的データが比較的多い，固体酸化物形燃料電池の電解質材料であるイットリア安定化ジルコニア（YSZ）のcubic相からtetra相への相変態とすることとし、基礎的な相変態原子スケール計算に着手した。まず、本変態が扱える原子間ポテンシャルを現コードに新たに組み込み、ジルコニアの基礎物性を評価するとともに、イットリアを含まないジルコニア単体に対して一定速度で温度を上昇させた分子動力学解析を行い、cubic相からtetra相への相変態が生じることを確認した。ただし、分子動力学では相変態温度は実験とややずれが生じることがわかった。
また、申請者がこれまでの研究において開発した，自由度を拘束した位相空間サンプリングを行い，熱力学積分法から活性化自由エネルギーを計測する手法が相変態現象の解明にも有効であることがわかった。ただし，相変態現象では反応経路が長距離であることと、計算系のサイズがある程度必要であることから、現状での計算コードでは，計算コストが非常に高くなる．そこで，本手法の並列化に着手した。本手法は拘束するオーダーパラメータ値ごとに行うサンプリングが独立であるため、CPU数にほぼ比例した並列化が可能となった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
相変態現象の自由エネルギー計算を行う上で必要不可欠である熱力学積分法の並列化に当初の予定通り成功した。また、本年度から新たに取り組んだYSZの相変態現象について、基礎的の相変態挙動の追跡を達成することができており、研究はおおむね順調に進展しているといってよい。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、まず新しいオーダーパラメータを分子動力学計算に組み込み、cubic相からtetra相への相変態の反応経路との相関を評価する。ただし、相変態の場合、原子変位オーダーパラメータとセルサイズオーダーパラメータと複数存在するため、その連成効果について十分に注意して検討する。オーダーパラメータによる変態パスの記述が可能となれば、オーダーパラメータによる拘束分子動力学を実施し、熱力学積分法へと展開を図る。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初計算機サーバーを新たに購入予定であったが、相変態解析についての基盤開発と初期検討については、既存設備で十分に対応し十分な成果が達成できたため、次年度以降の使用に変更した。
解析コードの並列化が不可欠であり、コードに適した計算機サーバーを次年度以降見極めて購入する。また旅費等については，まず国際会議での発表と国内での研究調査旅費・成果発表として使用予定である。
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