電子構造解析に基づく転位運動のモデリングとナノスケールの力学問題への応用

Electronic structure-based modeling of dislocation motion and its application to nanoscale mechanics

都留 智仁   

Tsuru, Tomohito

材料の力学機能の本質を理解する上で、ナノスケールにおける個々の欠陥の動的挙動は重要な役割を果たす。本研究では、合金がもつ力学機能の起源を、電子構造に起因した転位芯の特性から捉えることを目的としている。古典的な力学問題や従来の弾性論に基づく強化理論を越えて、元素によって異なる電子の結合状態を考慮した力学特性の評価を実現するため、電子状態計算による欠陥構造解析とそれを用いた力学特性評価のためのモデリングに注力した。本稿では、力学特性に及ぼす合金元素の影響に関して、特に特異な温度依存性を示す体心立方格子構造(BCC)を有する合金について、キンク機構の本質に基づいて転位運動を記述するモデリングを提案する。また、転位運動に及ぼす合金元素の役割を電子構造から理解し、力学特性を予測する取り組みについて紹介する。

The dynamic behavior of individual defects at the nanoscale plays an important role in understanding the mechanical properties of highly controlled materials and the nature of their mechanical functions. The purpose of this study is to reveal the origin of the mechanical properties from the electronic structure calculations of dislocation core. In this paper, we propose a modeling that describes the slip bahavior based on the kink mechanism for alloys with a body-centered cubic lattice structure (BCC) that shows a unusual temperature dependence on mechanical properties. In addition, we introduce analytical model to understand the role of alloying elements on dislocation motion from the electronic structure and predict mechanical properties.