分子動力学計算および第一原理計算による金属ガラスの局所不安定性解析

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結晶材料では規則正しい原子配列を乱す転位の発生・運動が非弾性変形を支配しているが、金属ガラスのような非晶質材料での非弾性変形をもたらす原子配列の組み換えについては、そのミクロの不安定変形機構が明らかになっておらず、原子レベルからの不安定解析が必要である。本研究グループは、非晶質材料等の不規則な原子配列を有する材料の第一原理解析に対しても適用できる原子レベル不安定変形解析方法を提唱し、外力による原子配列の組み換えについて成果をあげてきた。これに基づき、結晶材料における単独の転位生成に相当する非晶質材料における単一の不安定変形の領域や原子の基礎的挙動を解明した。一方、構造体についての解析を行うためには大規模なシミュレーションが必要であるが、系の自由度が膨大であるため周期性のないアモルファスにおいては上記方法の適用ができなかった。本年度は、ひずみ勾配を基準として自動的に領域分割を行い、構造体の変形が一様に近い部分の自由度を合理的に削減するマルチスケール解析方法を提案した。まず、この方法をもっとも単純な切欠きを有する結晶材料の引張り負荷解析に適用し、ひずみが集中する切欠き底からの転位射出を正確に捉えうることをシミュレーションの結果より示した。つぎに、非晶質材料の切欠き構造体について厳密な方法と自由度を削減した方法により不安定解析を実施し、後者によってほぼ正確な不安定変形を解析できることを明らかにした。切欠き底において、球形の不安定変形領域が確認された。このとき、不安定変形モードを含む原子の組み換え情報が得られることが判明した。現在、本内容を2報の論文として投稿をしている。