連続体CAMを用いた拡散時間スケールにおける原子シミュレーション手法の構築

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本研究の目的は拡散時間スケールの現象を記述可能な原子シミュレーション手法であるcluster activation method（CAM）を連続空間へと拡張することにより、分子動力学法や動的モンテカルロ法などの従来の計算手法では実質計算不可能な拡散時間スケールの現象をシミュレーション可能な原子シミュレーション手法である連続体CAMを開発することである。令和４年度は連続体CAMの計算の枠組みを構築することに重きをおいて研究を行った。まずは計算の信頼度を確かめるために純物質（レナード・ジョーンズポテンシャル）を仮定した系において、液相から固相への凝固過程や固相核の成長過程、凝固核の形成過程、多結晶粒の粒成長過程、粒界エネルギーの方位差依存性などの計算を行ない、従来の計算手法や理論モデルとの比較を行った。その結果、連続体CAMで得られる結果は概ね従来の計算手法（フェーズフィールドクリスタル法）や理論モデル（Read-Shockleyの関係式等）と整合する結果になることが明らかとなった。またそれらの結果をまとめ、二つの国際学会（15th World Congress on Computational Mechanics 8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics 2022、TMS 2023 AnnualMeeting）で発表し、連続体CAMで得られた結果を多くの研究者と議論した。また、研究結果の一部を学術論文誌（Physical Review E）に投稿し、受理された。これまでに同様の手法としてフェーズフィールドクリスタル法が提唱されているが、その手法においては入力パラメータがあいまいである。それに比べ、本計算手法はメインの入力パラメータが原子間の相互作用エネルギーという点において大きな利点を持つ。