マルチスケールシミュレーション法の開発とカーボン系ナノ材料への適用

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本年度は、以下のような研究を実施し、新しい知見を得た。(1) 新しいマルチスケールシミュレーション法の開発分子動力学法(MD)による原子モデルと有限要素法(FEM)で表された連続体モデルを接続する新しいMD/FEMハイブリッド手法を、Andersenにより提唱された圧力一定MDの方法を拡張することにより導き出した。弾性連続体と粒子系から成るハイブリッドモデルを導入し、弾性連続体の有限要素の自由度をハイブリッドモデルのラグランジュ関数に組み込んだ. このハイブリッド手法の有効性を確認するため, 本年度は、5-7-7-5欠陥を含むアームチェア型単層カーボンナノチューブの両端に引張り力を加えたときのカーボンナノチューブの破壊現象に、このMD/FEMハイブリッド手法を適用し、チューブが破断する前後の格子欠陥周辺の原子配置の時間変化を詳しく調べることができることを示した。(2) グラフェンにおける点欠陥周辺の構造緩和グラフェンから炭素原子を1個取り除いて点欠陥を作ると、点欠陥のまわりに3本のダングリングボンド(3DB)ができる。この構造はエネルギー的に不安定なので、2本のダングリングボンドが結合して、5角形と9角形を形成して、5-1DB欠陥へと構造緩和することが予想される。我々は、第一原理・古典ハイブリッドMD法を用いて、この構造緩和が温度上昇に伴ってどのように起こるかを調べた。