並列分子動力学/電子状態計算手法によるナノ構造セラミックスの粒界形成・機能制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750554
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 鶴田 健二 岡山大学, 工学部, 助教授 (00304329)
• Keywords: セラミックス / 粒界 / ナノ構造体 / 不純物拡散 / 焼結 / 分子動力学 / 電子状態計算 / 並列計算

Research Abstract

本研究では、申請者がこれまで蓄積してきた研究成果を踏まえた上で、更なる発展を目指し、下記のような達成目標を掲げている:
(1)粒界不純物拡散機構に対する分子動力学/電子状態解析;
(2)ナノ構造中の粒界イオン・電子伝導の同時解析;
(3)超長時間シミュレーション手法によるナノ粒子成長・粒界移動のダイナミクス解析。
上記の研究目的に沿い、それらを達成するための研究実施状況を以下に記す。
・計算手法の大規模化を可能とすべく、最新並列PCクラスタを導入し安定稼動した。
・ダイヤモンド結晶粒界の安定構造と水素添加効果についてTBMD解析を実施した。
・Si結晶ならびにアモルファスSi中の水素原子拡散のTBMDシミュレーションを実施し、これまで議論が分かれてきた水素拡散経路について、高温下ではボンド中心を飛び移りながら拡散する機構により、実験値をよく再現できることを示した。
・古典MDとTBMDを系統的に併用し、SiおよびSiC結晶粒界におけるアモルファス構造の安定性の解析を行った。その結果、Siの場合はアモルファス粒界層厚が古典モデルと量子モデルとで異なる可能性を示し、これに反してSiC対応粒界中では理想的界面構造が安定であるあることが、古典・TBモデル双方で示された。
・原子のイオン性を考慮したSelf-consistentタイトバインディング分子動力学(SC-TBMD)計算コード開発に着手した。

Research Products

• [Publications] T.Furubayashi, C.Totsuji, K.Tsuruta, H.Totsuji: "Atomic Structure of Grain Boundaries in Diamond : A Tight-Binding Molecular Dynamics Study"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 27. 305-308 (2002)
• [Publications] 鶴田 健二: "原子論/電子論にもとづくナノ微粒子界面現象のシミュレーション"粉体工学会誌(連載講座 計算粉体工学 第2章 粒子界面物性と粒子間相互作用). 第39巻,第9号. 692-702 (2002)
• [Publications] 鶴田 健二: "セラミックス・ナノ微粒子系の原子論的シミュレーション"粉砕. 46. 33-36 (2003)