金属内水素拡散メカニズムに関する量子・分子・統計論的解析

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本研究では、金属内における水素拡散現象を解析するにあたって重要な要因であるポテンシャル障壁の量子効果の一つである原子位置の不確定性による温度依存性の影響を調べるものである。今年度においては、主に昨年度に明らかになった問題点である、高音領域における量子効果を考慮した計算結果と、古典における計算結果が一致しない問題を解決するために、金属構造の緩和を考慮するためにプログラムの改良を行なった。具体的には、BCC構造の鉄に対してFast Inertial Relaxation Engine(FIRE)法によって構造最適化を行い、その後BCC鉄における[100]平面におけるポテンシャルエネルギー分布や金属内における水素の拡散経路に相当するMinimum Energy Path（MEP）、ポテンシャル障壁がどのように変化するかを調べた。その結果として、ポテンシャルエネルギー分布は構造最適化を行うことによって、Saddle Point周辺の幅が広くなっていることが確認できた。これにより、高音領域の量子効果を考慮した際の結果と古典の結果は良い一致を示す傾向を得ることができた。また、構造最適化を行うことにより、MEPも古典の際の結果に比べ直線に近いように変化した。そのため、今後は、これらの結果を用いながら、さらに詳細に原始位置の不確定性によるポテンシャル障壁の温度依存性の評価を行っていくために、経路積分分子動力学（Path Integral Molecular Dynamics:PIMD)法により、金属内の水素拡散の本質を明らかにすることが目的である。