bcc-hcp変態の組織形成過程のボンドオーダーポテンシャルによる理解

利用键序势了解 bcc-hcp 转化的结构形成过程

• 批准号: 10136102
• 负责人: 西谷 滋人
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10136102/
• 关键词: titanium; bcc-hcp transformation; LMTO; Harris-Foulkes; adiabatic potentials; phonon; T1N mode; recursion

Ti元素の結晶構造hcpとbccとを再現するボンドオーダーポテンシャルを作り,hcp-bcc変態で観察される界面の構造とエネルギーを求めることを本研究の最終的な目標としている.本年度は,精度の高い第一原理計算と,研究の見通しがつけやすいボンドオーダーポテンシャルを初めとする原子間ポテンシャルとをもちいて,フォノンを化学結合カから議論するための計算法の確立と実際の計算をおこなった.ターゲットとした系は,すでに第一原理計算でanharmonic effectがbccの安定性を支配するという結果が知られているZr[1]と同じIV族遷移金属の1である.(1) 第一原理計算による断熱ポテンシャル曲面第一原理フルポテンシャルLMTO法プログラムを用いてHarris-Foulkes近似により,bcc-hcp達続変形に対するエネルギー平面上での断熱ポテンシャル曲面を計算した22種類の変形λ1:bcc構造の(110)面をhcp基底面に変形するshear,λ2:bcc構造の(110)面をbcc[1-10]方向にスライドさせる(N点横フォノンモードに相当)を加えた.bcc構造はslideに対して強く不安定で,shearに対してもわずかに不安定なlocal maximumになっている.しかし,この結果はZrに対する計算結果と異なり,λ2軸方向では大きな変形に対してエネルギーが立ち上がっておらず,Zrとは違った変態機構を示唆している.(2) 有限温度効果を入れたシミュレーション結果前述の第一原理計算で得られたポテンシャル曲面ではQuasi-harmonic近似が適用できないが,近似的なフォノン状態密度をリカージョン法で求めた.計算には第一原理計算で求められたポテンシャル曲面をbcc近傍で再現する経験的な原子挿入ポテンシャル(EAM)を用いている.この結果,振動に起因するエネルギーは変態温度でbcc相(-0.366eV/atom)がhcp相(-0.287eV/atom)に比べて極めて負に大きい.これはソフトブランチによる低周波でのピークに起因している.この大きな振動エネルギー項が高温でのbcc相の安定化を担っていると考えられる.Tiのbcc-hcp連続変形に対する基底状態での断熱ポテンシャル曲面は,Zrと決定的に異なっていることが第一原理計算で初めて明らかとなった.このポテンシャルを再現する原子間ポテンシャルは,強結合ポテンシャルに環境依存効果を入れる必要がある.また,基底状態の結果に基づいたQuasi-harmonic近似では有限温度でのフォノン分散を再現できないことが明らかとなった.

The crystal structure of Ti element hcp and bcc can be reproduced in different ways. The structure of interface can be observed in hcp-bcc state. This year, the accuracy of the first principle calculation, research and communication, chemical combination, discussion and establishment of the calculation method. First principles calculations show that the anharmonic effect dominates the stability of bcc. (1)First principles calculation of thermal conductivity curve First principles calculation of thermal conductivity curve First principles calculation of thermal conductivity curve bcc-hcp to reach the shape of the plane on the surface of the calculation of the 22 types of shapes λ1:bcc structure (1 - 10) surface hcp base surface shear,λ2:bcc structure (1-10) face bcc[1-10] direction (N point horizontal line).bcc structure is not stable,shear is unstable, local maximum is unstable. The result of calculation is different from that of Zr. The direction of λ2 axis is different from that of Zr. (2)The results of the first-principles calculations above show that the Quasi-harmonic approximation is applicable to the density of state of finite temperature solutions. The calculation is based on the first principle. As a result, the cause of vibration is that the temperature of bcc phase (-0.366eV/atom) and hcp phase (-0.287eV/atom) is higher than that of negative phase. The reason for this is that the frequency of the low frequency wave is higher than that of the low frequency wave. The large vibration term is responsible for the stabilization of the bcc phase at high temperatures. The bcc-hcp transition of Ti is responsible for the thermal discontinuity of the substrate state. The first principle calculation is based on the difference determined by Zr. This is the first time that we've seen this. The results of the substrate state are based on the Quasi-harmonic approximation, and the finite temperature dispersion is reproduced.

项目成果

H.Yamada: "Electronic structure and magnetic properties of CoS_2" J.Mag.Mat.177-181. 607 (1998)

H.Yamada：“CoS_2 的电子结构和磁性能”J.Mag.Mat.177-181。

I.Oleinik: "Analytic bond-order potentials : Bridging the electronic-atomistic length-scale gap" Computer-Aided Design of High-Temperature Materials. (in press).

I.Oleinik：“分析键序势：弥合电子原子长度尺度差距”高温材料的计算机辅助设计。

A.P.Horsfield: "A comparison of linear scaling tight-binding methods" MRS Symosium Proceedings “Tight-Binding Approach to Computational Materials Science". 491. 417-424 (1998)

A.P.Horsfield：“线性缩放紧束缚方法的比较”MRS Symosium Proceedings“计算材料科学的紧束缚方法”491. 417-424 (1998)。

S.R.Nishitani: "Efficient Parallelization of Thight Binding Methods" Trans MRS-J 98. (in press).

S.R.Nishitani：“大腿绑定方法的高效并行化”Trans MRS-J 98。（正在印刷中）。