| 研究課題/領域番号 |
26289227
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
毛利 哲夫 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20182157)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | クラスター変分法 / 局所格子変位 / 磁気変態 / 合金内部自由度 / 経路確率法 |
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| 研究実績の概要 |
原子配列や、原子変位、磁気スピン、電子分布など、物質・合金には多様な内部自由度があり、かかる自由度の励起・遷移が多彩な材料特性の発現を担っている。これらの自由度が最適化されたところに平衡状態があるが、種々の自由度が競合・共存する系に対して、多岐にわたる自由度を効率的に最適化し、高精度の自由エネルギーを求めることには理論上大きな困難が伴う。一方、本研究で用いるクラスター変分法では、基本クラスターのサイズを増大させればさせる程、配列の自由エネルギーが厳密な値に近づくことが保証されている。本研究では、クラスター変分法を基本として、原子変位、磁気スピンの自由度を配列の自由度に変換する手法を提案し、変位と磁性の関与する相平衡・相変態の大規模並列計算を実行することを目的としてきた。かかる目的においては、焦点を平衡状態においていたが、当該年度において、自由度の変換は平衡状態のみではなく、時間発展経路に関しても適用可能であるとの着想に至り、これを経路確率法の経路関数に適用して大きなブレークスルーを行うことができた。特に、Ni-Al系のL12相の長距離規則度の時間発展過程を空孔機構に基づいて算出することはこれまで不可能であったが、かかる計算に成功することができた。
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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
合金自由度の計算を経路確率法の時間発展過程に適用するという当初考えていなかった計算を実行することができた。これによって、これまでほぼ不可能とされてきた空孔機構を考慮した経路確率法の計算が可能になり、高温耐熱材料の急熱過程での長距離規則度の時間発展過程の計算に成功した。これは当初予定していなかった大きな成果であるが、多大、論文としての公表を行っていないという理由により、「おおむね順調な進展」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度においては、自由度変換をkineticsの問題にも適用できるという当初考えていなかった着想・成果を得ることができたが、一方において、従来提案していた、集団変位、局所変位、磁気秩序などの自由度に対しては、計算そのものには着手し、結果も得ているものの更なる制度の改善が問題点として指摘される。特に、磁気スピンの配列に対しては単純なcollinearのケースについての計算に終始しており、これをnon-collinearなケースへと拡張を図る。又、集団変位の問題においても、変位の自由度を上下二方向へ限定しているだけであり、変位の大きさを陽に考慮しているものではない。変位の絶対値や、さらに、3次元方向の変位も考慮することが課題である。局所変位においては、2次元の計算に終始しているため、これを3次元に拡張することと、Bravais格子点の周囲の準格子点の数を増大させることで更なる精度の向上を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計算機資源の充実が当研究の遂行において重要であるが、現有の計算機資源にメモリを付加することで当初予定していた計算が遂行でき、さらにこれの大規模化においても計算材料学センターのスパコンを無料利用することで実現させることができた。又、旅費も、関連プロジェクトの旅費を使用したために余剰が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
kineticsへの自由度計算の拡張は大きな成果につなげることができると予想される。この部分を増強するために、長期休暇中における院生を補助事業員として複数名雇用することや、計算サービスの業務委託の活用を考えている。
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