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論文

Atomic interactions at the interface between iron or iron fluoride, and sodium by the first-principles calculation

浪江 将成; 斉藤 淳一

Computational Materials Science, 239, p.112963_1 - 112963_7, 2024/04

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2024.112963

Atomic interactions at the interface involving iron, iron fluorides (iron (II) fluoride and iron (III) fluoride), and sodium were investigated using first-principles calculations. The wettability with liquid sodium was subsequently examined, focusing on the calculated atomic interactions. From a covalent bonding perspective, iron (II) fluoride exhibited weaker bonds between neighboring atoms in the substrate material than iron (III) fluoride. However, it exhibited relatively strong bonds between the substrate material and sodium atoms. In contrast, iron (III) fluoride had stronger bonds between neighboring atoms in the substrate material, with weaker bonds between the substrate material and sodium atoms. Additionally, in terms of ionic bonding, the contact of the sodium atom with the substrate material increased the charge transfer of the substrate material atom, correlating with the oxidation number of iron. Iron (III) fluoride exhibited the most substantial charge transfer among the substrate materials. The charge transfer from the sodium atom to the atom in contact with it was approximately 2.5 times that of iron. This result underscores the change in electronic states induced by the iron or iron fluoride interface, potentially influencing the wettability between the material surface and liquid sodium.

論文

The Contribution of Cr and Ni to hydrogen absorption energy in Fe-Cr-Ni austenitic systems; A First-principles study

森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 山口 正剛; 小川 祐平*; 津崎 兼彰*

Computational Materials Science, 232, p.112650_1 - 112650_11, 2024/01

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2023.112650
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究ではいくつかの実用Fe-Cr-Ni基オーステナイト合金において、強度-延性バランスを改善する水素の影響に着目している。面心立方構造を持つFe-Cr-Niモデル合金の水素吸収エネルギーを第一原理計算で調べ、合金中の水素溶解度に対するFeからのCrおよびNi置換の寄与を検証した。Cr置換はNi置換に比べて水素吸収エネルギーを大幅に減少させ、Cr/Ni比の増加により高い水素溶解性を発揮することがわかった。計算で得られた傾向は、様々なCr/Ni比を持つ実用合金で以前に得られた実験結果と一致した。

論文

Meso-timescale atomistic simulations on coalescence process of He bubbles in Fe by SEAKMC method

山本 耀二郎*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋

Computational Materials Science, 229, p.112389_1 - 112389_9, 2023/10

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2023.112389
 被引用回数：1 パーセンタイル：52.07(Materials Science, Multidisciplinary)

ヘリウムバブルは、核融合炉条件下で生成する特有の微細構造である。これらのバブルは、自らの移動によって接近・融合し、微細構造や材料特性に大きな影響を与える。しかし複数の金属原子の移動が含まれるこれらのプロセスは、分子動力学(MD)では時間スケールの制約から扱うことができない。この研究では、自己発展原子論的キネティックモンテカルロ(SEAKMC)法により時間スケールを拡張し、Fe中のバブルの融合過程を再現した。He原子の微小な振動やFe原子の短距離変位など、活性化エネルギーが極めて低い些細なイベントを避けるため、SEAKMCに2つのアルゴリズムを導入した。He原子の微小な振動を回避するために二段階のサドルポイント検索を行い、Fe原子の短距離変位を避けるためにFe原子の変位距離に対する閾値を設定した。さらに、活性化エネルギーの上限を設定する別のアルゴリズムを追加することで、非現実的に高い活性化エネルギーを持つイベントの選択を防ぎ、MDの時間尺度よりも8桁長い$$10^{-1}$$秒までのシミュレーション時間において、ダンベルから楕円形への構造の変化を再現することに成功した。開発された手法は、軽元素を含む金属材料の微細構造を分析するのに効果的であり、実験と比較可能な時間スケールに到達できる唯一の手法である。

論文

Long-timescale transformations of self-interstitial atom clusters of Cu using the SEAKMC method; The Effect of setting an activation energy threshold for saddle point searches

早川 頌*; 山本 耀二郎*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 218, p.111987_1 - 111987_10, 2023/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2022.111987
 被引用回数：1 パーセンタイル：14.66(Materials Science, Multidisciplinary)

On-the-fly kinetic Monte Carlo (kMC), a computational technique for atomistic simulations, has attracted attention because it increases the simulation timescale beyond that of molecular dynamics (MD) simulations while maintaining atomistic fidelity. However, for most kMC methods, when events with high and low activation energies coexist in the event list, trivial events with extremely low activation energies that do not essentially affect the phenomena of interest, so-called flicker events, are frequently selected, making it challenging to observe the key dynamics. In this study, we use Self-Evolving Atomistic kMC (SEAKMC), one of the on-the-fly kMC methods, to model the unstable-to-stable transformations of irregular three-dimensional self-interstitial-atom (SIA) clusters in Cu generated through collision cascade. By setting an activation energy threshold once every five steps, transformations into stable configurations are enhanced. The algorithm renders the simulation timescales one or two orders of magnitude longer than those possible with MD simulations. Further, the probability of transformations into stable configurations is increased by 40 times compared to that of the original SEAKMC method. In addition, we find that the stable configurations obtained by the transformation of the SIA clusters are mostly Frank loops. In summary, this new algorithm for the SEAKMC method helps to resolve the inefficiency of kMC methods resulting from the selection of flicker events and will aid the study of meso-timescale atomistic dynamics.

論文

Molecular dynamics simulation to elucidate effects of spatial geometry on interactions between an edge dislocation and rigid, impenetrable precipitate in Cu

津川 聖人*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 愛知 正温*; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 215, p.111806_1 - 111806_8, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2022.111806
 被引用回数：2 パーセンタイル：29.01(Materials Science, Multidisciplinary)

Molecular dynamics simulations were conducted to evaluate the interactions between an edge dislocation and a rigid, impenetrable precipitate in Cu by changing the distance between the glide plane of the dislocation and the center of the precipitate ($$zeta$$). In these calculations, the precipitate was introduced as a super particle that moved according to the total force exerted by the matrix atoms on the precipitate atoms. When the center of the precipitate was close to the glide plane, an Orowan loop was formed around the precipitate after the dislocation detached, and the critical resolved shear stress (CRSS) was similar to the value evaluated by the results at $$zeta=0$$. However, when the glide plane was far from the center of the precipitate, either a vacancy loop or loops generated through the Hirsch mechanism were formed, depending on whether the center of the precipitate was below or above the glide plane. The magnitude of the CRSS was not symmetric about $$zeta=0$$. This study confirmed that it is necessary to analyze the CRSS by changing $$zeta$$ to construct a predictive model for the hardening caused by the formation of lattice defects, and that precipitate hardening appears to be smaller than the value estimated using the results at $$zeta=0$$.

論文

Molecular dynamics simulations to quantify the interaction of a rigid and impenetrable precipitate with an edge dislocation in Cu

津川 聖人*; 早川 頌*; 岩瀬 祐樹*; 沖田 泰良*; 鈴木 克幸*; 板倉 充洋; 愛知 正温*

Computational Materials Science, 210, p.111450_1 - 111450_9, 2022/07

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2022.111450
 被引用回数：8 パーセンタイル：75.5(Materials Science, Multidisciplinary)

Precipitation strengthening has been utilized to improve the properties of metallic materials so far. Since interactions between precipitates and dislocations are micro-mechanisms responsible for this phenomenon, a molecular dynamics (MD) simulation is a powerful tool for quantifying this phenomenon. In this study, we introduced a method to simulate a rigid and impenetrable precipitate against a direct contact with a dislocation using a single interatomic potential representing the bulk material. The total force exerted on all atoms in the precipitate region was divided by the number of atoms in the region. This average force was then applied to each atom in the region to simulate one super particle that moved depending on the total force exerted by the matrix atoms on the precipitate atoms. We used MD simulations to quantify the interaction of a precipitate with an edge dislocation. After the dislocation overcame the precipitate, an Orowan loop was formed along the outer circumference of the precipitate. The energy of the loop was 2.1 $$pm$$ 0.1 eV/b, which was higher than that obtained using the elasticity. The hardening caused by the precipitate was larger than that caused by voids of the same size. The proposed method can be applied to simulate interactions of precipitates with dislocations in any type of metallic material, especially when a dislocation bypasses a precipitate without changing its structure, except when a strong repulsive force acts between them.

論文

Dislocation core structure and motion in pure titanium and titanium alloys; A First-principles study

都留 智仁; 板倉 充洋; 山口 正剛; 渡邊 千尋*; 三浦 博己*

Computational Materials Science, 203, p.111081_1 - 111081_9, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.111081
 被引用回数：11 パーセンタイル：64.95(Materials Science, Multidisciplinary)

六方晶構造を有する材料は、結晶構造の異方性によって塑性変形の異方性が存在し、合金化によってその特性が大きく変化をすることが知られている。純チタンでは一般に柱面転位を主すべり系として塑性変形するが、広く用いられるAlやVを添加したTi64合金の疲労破壊は$$alpha$$相の底面で生じる。純Tiと異なり底面すべりが生じていることが実験観察によって確認されているが、その要因は知られていない。近年、第一原理計算に基づく原子モデルを用いた転位の解析が行われるようになり、詳細なメカニズムの解明が進んでいる。本研究では、HCP構造を持つチタンを対象に、合金元素の転位運動への影響を詳細に検討した。その結果、転位のすべりのPeierlsポテンシャルは柱面と底面で大きな違いがないが、AlやVの添加によって転位芯構造の安定性が変化し、すべり変形のモードが変化することを明らかにした。

論文

Construction of machine-learning Zr interatomic potentials for identifying the formation process of c-type dislocation loops

沖田 泰良*; 寺山 怜志*; 津川 聖人*; 小林 恵太; 奥村 雅彦; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 202, p.110865_1 - 110865_9, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110865
 被引用回数：7 パーセンタイル：48.44(Materials Science, Multidisciplinary)

In this study, a Neural Network Potential (NNP) using an Artificial Neural Network (ANN) was developed for Zr, which is used as fuel cladding material in light water reactors. The reference data were obtained through first-principles calculations of various quantities, such as strained hexagonal-closed-packed (hcp) cells, strained face-centered cubic cells, cells containing a vacancy, several vacancies, and surfaces and $$gamma$$-surface energy on all five slip planes in the hcp structures. These data were converted to training data for the ANN, which were invariant to the rotation and translation of the atoms and independent of the number of atoms in the cells. The ANN was defined as a three-layer structure and the number of the nodes was set to 26-12-18-1. The NNP reproduced the first-principles calculations, particularly for the shear deformation, vacancy formation energy, surface energy, and $$gamma$$-surface energy, with much higher accuracy than any of the existing potentials that have been developed for classical molecular dynamics simulations. The NNP was applied to identify the formation process of c-type dislocation loops in Zr, which is a key microstructure responsible for abrupt increases in hydrogen absorption. The formation process was determined by the balance of the vacancy formation energy, surface energy and the $$gamma$$-surface energy on the basal plane, both of which were precisely reproduced only by the NNP developed in this study. The formation process was identified based on the atomistic behavior of the NNP.

論文

Molecular dynamic simulations evaluating the effect of the stacking fault energy on defect formations in face-centered cubic metals subjected to high-energy particle irradiation

寺山 怜志*; 岩瀬 祐樹*; 早川 頌*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋; 鈴木 克幸*

Computational Materials Science, 195, p.110479_1 - 110479_12, 2021/07

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110479
 被引用回数：9 パーセンタイル：57.69(Materials Science, Multidisciplinary)

Austenitic stainless steels, which are used as incore structural materials in light water reactors, are characterized by an extremely low stacking fault energy (SFE) among face-centered cubic (FCC) metals. To evaluate the effects of SFE on defect formation under high-energy particle irradiation, molecular dynamics simulations were performed using the interatomic potential sets for FCC metals with different SFEs and a primary knock-on atom energy (E$$_{rm PKA}$$) of 100 keV at 600 K. The results show that the number of residual defects is independent of the SFE. However, the characteristics of self-interstitial atom (SIA) clusters do depend on the SFE. For clusters smaller than a certain size, the ratio of glissile SIA clusters decreases as the SFE increases, which is similar to the trend observed at the low E$$_{rm PKA}$$. However, for larger clusters, which can be detected only at a high E$$_{rm PKA}$$, the ratio of glissile clusters increases. These results correspond to static energy calculations, in which the difference in the formation energy between a Frank loop and perfect loop ($$Delta$$E$$_{rm F-P}$$) for the small clusters decreases as the SFE increases. In contrast, for the larger clusters, the SFE dependence of $$Delta$$E$$_{rm F-P}$$ changes due to the shape restrictions of stable perfect loops. At a high temperature of 600 K, large vacancy clusters with stacking faults can be detected at E$$_{rm PKA}$$ = 100 keV, resulting in the enhanced formation of these clusters at lower SFEs. Furthermore, several of these clusters were similar to perfect loops, with the edges split into two partial dislocations with stacking faults, although the largest clusters detected at low E$$_{rm PKA}$$s were similar to stacking fault tetrahedrons.

論文

Machine learning potentials for tobermorite minerals

小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Computational Materials Science, 188, p.110173_1 - 110173_14, 2021/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.110173
 被引用回数：14 パーセンタイル：73.11(Materials Science, Multidisciplinary)

セメント水和物(セメントペースト)は建築材はもとより、放射性セシウムの閉じ込め材料として利用される。本論文はセメント水和物の代表的なモデル物質であるトバモライトの機械学習力場の構築を行ったものである。トバモライトに対し第一原理計算を実施し、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に生成し、ニューラルネットを用いた機械学習力場の学習を行った。構築した機械学習力場はトバモライトの弾性係数,振動状態密度をほぼ第一原理と同等の精度で計算可能であることを確かめた。また、機械学習分子動力学法を実行し、トバモライト細孔における水,イオンの輸送特性の解析を行った。

論文

First-principles calculation of multiple hydrogen segregation along aluminum grain boundaries

山口 正剛; 海老原 健一; 板倉 充洋; 都留 智仁; 松田 健二*; 戸田 裕之*

Computational Materials Science, 156, p.368 - 375, 2019/01

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.10.015
 被引用回数：34 パーセンタイル：78.02(Materials Science, Multidisciplinary)

金属の応力腐食割れメカニズム解明を目的として、アルミニウム結晶粒界に対する水素偏析の影響を第一原理計算により調べた。水素の溶解度が高い場合には、高エネルギー粒界には水素の偏析が可能であることが分かった。またアルミニウム粒界には水素が大量に偏析可能であり、それとともに粒界が膨張することで電子密度が低下していき、その結果粒界の凝集エネルギーが大きく低下することが分かった。

論文

First-principles study of hydrogen segregation at the MgZn$$_{2}$$ precipitate in Al-Mg-Zn alloys

都留 智仁; 山口 正剛; 海老原 健一; 板倉 充洋; 椎原 良典*; 松田 健二*; 戸田 裕之*

Computational Materials Science, 148, p.301 - 306, 2018/06

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.03.009
 被引用回数：44 パーセンタイル：82.01(Materials Science, Multidisciplinary)

高強度の7000番台アルミニウム合金の水素脆化はAl合金の実用における重要な問題と考えられてきた。しかし、近年の観察技術の発展にもかかわらず、Al合金中の水素の挙動を実験的に捉えることは非常に困難である。本研究では7000番台の特徴であるMgZn$$_{2}$$析出物に着目して、析出物内部及びAl-析出物界面における水素偏析を第一原理計算を用いて体系的に検討した。零点エネルギーを考慮したトラップエネルギー解析により、MgZn$$_{2}$$の内部には9つの格子間サイトが存在することが確認されたものの、Alの四面体サイトより不安定であることから析出物内部への偏析は生じないことがわかった。一方、Al-析出物界面の安定なサイトではトラップエネルギーが-0.3eVと非常に大きいことがわかった。これはAl中の粒界などのトラップサイトより大きく、Al-析出物界面がAl合金中の優先的な偏析サイトになることを示唆している。

論文

Density functional theory study on the geometric and electronic structures of Fe$$_{2}$$O$$_{2}$$ and the reaction of Fe$$_{2}$$ + O$$_{2}$$

中沢 哲也

Computational Materials Science, 146, p.334 - 345, 2018/04

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.11.027
 被引用回数：2 パーセンタイル：3.75(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe$$_{2}$$O$$_{2}$$の可能な構造に対して最も安定した異性体を得るためB3LYP及びBroken-symmetry (BS)法を取り入れたB3LYPを用いた計算を行った。得られた安定異性体に基づいてrhombic Fe$$_{2}$$($$mu$$-O)$$_{2}$$に向かうFe$$_{2}$$とO$$_{2}$$の反応機構を調べた。Fe$$_{2}$$($$mu$$-O)$$_{2}$$のBS-singletが全てのFe$$_{2}$$O$$_{2}$$異性体で最安定状態にある。Open-cycle ($$eta^{1}$$-O)Fe$$_{2}$$($$mu$$-O)の$$^{9}$$A"とnear-linear OFeOFeの$$^{3}$$Aが2番目、3番目に安定な異性体である。安定異性体に対して計算した振動数は過去の理論や実験研究と一致した。Rhombic Fe$$_{2}$$($$mu$$-O)$$_{2}$$に向かうFe$$_{2}$$とO$$_{2}$$の反応に対して計算したsingletとnonetのポテンシャルエネルギー面からこの反応はnonetからsingletへのスピン反転を経て断熱的に進むことを示唆している。反応中間体や最終生成物のFe-O結合はイオン結合及び共有結合の両方の特徴を持ち、そして、FeからOへの大きな電荷移動のため高い分極率を持つことをNBO解析は示している。

論文

A Density functional theory investigation of the reactions of Fe and FeO$$_{2}$$ with O$$_{2}$$

中沢 哲也; 加治 芳行

Computational Materials Science, 117, p.455 - 467, 2016/05

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.01.023
 被引用回数：8 パーセンタイル：28.75(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe及びFeO$$_{2}$$とO$$_{2}$$の反応過程と反応生成物をB3LYP/6-311+G(d)のレベルで調べた。これらの反応はポテンシャルエネルギー曲線、反応種間の相互作用エネルギー、Fe原子とO$$_{2}$$分子の励起に必要なエネルギーを求め、それらをもとに反応過程を検討した。反応生成物のNBO及びMulliken解析と振動計算も行った。基底状態のFe原子とO$$_{2}$$は障壁エネルギーを伴う非断熱的遷移や垂直励起エネルギーによるFe(O$$_{2}$$)からの遷移によってOFeOは形成される。この結果はFe原子とO$$_{2}$$分子は低温ではなく高温で反応することを示している。また、OFeOとO$$_{2}$$は吸熱的反応によって$$eta^{2}$$-及び$$eta^{1}$$-(O$$_{2}$$)FeO$$_{2}$$複合体を生成する。さらに、低い光エネルギーが複合体間での可逆遷移を可能にしている。得られた生成物のNBO解析から、生成物の原子電荷はFeとOの間で生じる電子移動や反応種(Fe$$^{+}$$, O$$_2^{-}$$)本来のイオン的特性に由来することがわかった。

論文

Application of hyper-molecular dynamics to self-interstitial diffusion in $$alpha$$-iron

阿部 陽介

Computational Materials Science, 74, p.23 - 26, 2013/06

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.03.013
 被引用回数：8 パーセンタイル：28(Materials Science, Multidisciplinary)

遅い状態間遷移過程を加速計算することが可能なhyper-molecular dynamics(hyper-MD)を$$alpha$$鉄中での自己格子間原子(SIA)の拡散過程に対して適用した。局所的バイアスポテンシャルを用いることにより、通常のMDにより得られるダイナミクスを維持しながらも状態間遷移の遅い低温域での拡散過程を極めて大きく加速できることを示した(300Kにおいて5桁の加速)。この結果により、適切な局所的バイアスポテンシャルを用いることにより、バルク中でのSIAの拡散過程に対してhyper-MDが適用可能であることを実証した。

論文

Structural, bonding, and magnetic properties of Fe$$_{n-x}$$Si$$_{x}$$ ($$n$$, $$x$$ $$leq$$ 6) clusters; Theoretical investigation based on density functional theory

中沢 哲也; 加治 芳行

Computational Materials Science, 68, p.350 - 360, 2013/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2012.10.018
 被引用回数：4 パーセンタイル：15.16(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe, Si、及びFe-Siクラスターの構造,結合及び磁気特性をUB3LYP/LanL2DZレベルで求めた。これら特性へのSi置換効果を確認した。Feクラスターの凝集力は逐次的なSi置換によって非単調に増加する。多くの混合クラスターの結合長はSi置換による大きな影響は受けないが、高いs性の混成軌道で形成された少数のSi-Si結合の長さはSiダイマーの結合長以下である。一方、隣接した幾つかのエクアトリアル原子間の距離は著しく大きく、そこには結合の形成がない。平均磁気モーメントはSiの増加とともに非単調に減少し、Siクラスターのその値に近づく。混合クラスターのSi上の小さな局所磁気モーメントはFe上の大きな局所磁気モーメントと反強磁性の関係にある。Si置換によるFeクラスターの特性変化はFeから周辺Siへの電子移動に起因している。

論文

Structural, bonding, and magnetic properties of small Fe$$_{n-x}$$Mo$$_{x}$$ ($$n$$, $$x$$ $$leq$$6) clusters

中沢 哲也; 加治 芳行

Computational Materials Science, 55, p.365 - 375, 2012/04

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.11.007
 被引用回数：11 パーセンタイル：34.81(Materials Science, Multidisciplinary)

The structural, bonding, and magnetic properties of clusters of Fe$$_{n}$$, Mo$$_{n}$$n, and Fe$$_{n-x}$$Mo$$_{x}$$ ($$n$$ = 2-6, $$x$$ = 1-6) optimized at the B3LYP/LanL2DZ level with symmetry constraints are determined. The effects of the substitution of Mo in Fe$$_{n}$$ on the properties of Fe$$_{n}$$ are identified and discussed. While the cohesion of the Fe cluster is affected only to a small extent by the Mo substitutions, the structure of the cluster changes remarkably. In the mixed Fe-Mo clusters, the Mo-Mo bonds are shorter than the Fe-Fe and Fe-Mo bonds. The smaller distances between adjacent Mo atoms result from the strong d-contribution to bonding. On the other hand, the larger distances between Fe atoms mostly result from the strong magnetic repulsion associated with ferromagnetic coupling. The local moments of the Mo atoms are aligned in antiferromagnetic order. The variations in structural and magnetic properties of Fe clusters due to the Mo distributions are considered to be closely associated with the mechanical and magnetic hardening of Fe-Mo alloys.

論文

Grain growth prediction with inclination dependence of $$langle 110 rangle$$ tilt grain boundary using multi-phase-field model with penalty for multiple junctions

廣内 智之*; 都留 智仁; 渋谷 陽二*

Computational Materials Science, 53(1), p.474 - 482, 2012/02

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.08.030
 被引用回数：23 パーセンタイル：56.95(Materials Science, Multidisciplinary)

粒界におけるミスフィットと界面移動度の再現のため、粒界の多重点の高次項を表現するマルチフェイズフィールド(MPF)モデルを提案した。ここで、分子動力学法によって得られた粒界エネルギーを用いることで、$$Sigma 3 {111}$$粒界のエネルギーカスプなどのより詳細な界面特性の情報をMPFモデルと連結した。その結果、導入した高次項により安定した粒移動が再現され、さらに変形双晶が残る材料に対する再結晶の組織の挙動を再現することが可能になった。

論文

Fast calculation approach to semi-empirical molecular orbital method using real space division method

五十嵐 誉廣; 中沢 哲也; 鈴木 知史; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 50(12), p.3346 - 3349, 2011/12

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.06.027
 被引用回数：1 パーセンタイル：4.5(Materials Science, Multidisciplinary)

10万原子を超える系の量子的な原子間結合力を得るための新たな手法を開発した。開発手法では、半経験分子軌道法と空間分割法を組み合わせることで、電子構造や原子間結合エネルギーなど、大規模原子系の量子的解析を可能としている。開発した手法を用いて、SiH$$_{4}$$分子とシリカ結晶について結合次数と結合エネルギーの解析を行った。解析の結果、開発した手法は第一原理計算と同等の精度を保ちつつ、非常に早い速度で解析可能であることを確認した。

論文

Density functional investigation of Fe$$_{n}$$ clusters (n $$leq$$ 6) with Cr substitutions; UB3LYP/LanL2DZ calculation

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 50(3), p.982 - 990, 2011/01

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2010.10.037
 被引用回数：10 パーセンタイル：33.32(Materials Science, Multidisciplinary)

対称性のもとUB3LYP/LanL2DZレベルで構造最適化したFe$$_{n}$$, Cr$$_{n}$$, Fe$$_{n-x}$$Cr$$_{x}$$($$n$$=2-6, $$x$$=1-6)クラスターの構造変数,結合エネルギー及び電子構造等を求めた。Fe$$_{n}$$のこれらの特性へのCr置換効果を確認した。Fe$$_{n}$$の結合エネルギーは連続的なCr置換により徐々に減少した。ほとんどのFe-CrクラスターではFe-Fe及びFe-Cr結合に比べてCr-Cr結合の方が長く、Fe-Fe, Fe-Cr, Cr-Cr結合の順に結合長は長くなっている。Fe-CrクラスターにおけるCr-Cr結合のようなより長い結合長は原子間に働く磁気的フラストレーションによる強い反発によって生じている。これはCr置換に起因した電子構造の変化、特に結合への4sや3d電子の寄与の程度と関連している。

論文

Ab initio calculations of Fe-Ni clusters

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣; 都留 智仁; 加治 芳行

Computational Materials Science, 46(2), p.367 - 375, 2009/08

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2009.03.012
 被引用回数：24 パーセンタイル：58.29(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe, Ni、及びFe-Niクラスターについて密度汎関数法を基礎とした計算科学的手法により調べた。クラスターの構造はUB3LYP/LanL2DZレベルにおいて対称性の制約のもと最適化した。本研究では平衡構造と結合エネルギーを示し、密度解析の結果や電子配置とともに議論した。さらに、Fe$$_{n-x}$$Ni$$_{x}$$クラスターの結合エネルギーはFe原子のNi原子での連続的な置換によって緩やかに減少することがわかった。異性体間における全エネルギーの比較からFe-Niの混合クラスターではNi原子はエネルギー的にクラスタリングをしやすいことが明らかとなった。本研究は、照射した圧力容器で観察されているNiクラスターやステンレス鋼で見られる照射誘起偏析のNi富化などの実験結果と定性的に一致している。

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