Analysis of hydrogen transport in a metal by quantum/molecular/statistical dynamics

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2022年度は、2021年度に構築された分子間ポテンシャルを用いて、鉄内部の水素の移動を経路積分法によりシミュレーションする手法を、いくつかの条件について行った。しかし、いくつかの条件で計算エラーが発生したため、ポテンシャルの再検討を行った。具体的にはEAMポテンシャルからABOポテンシャルへとシステムを変化させて計算を行った。まず、計算システムのエネルギー保存則を確認した。鉄は2000個の鉄原子で構成した。初期温度は400[K]、タイムステップは0.1[fs]と1.0[fs]である。計算システムの全エネルギーを最小化した後、NVEアンサンブルを用いて0.1[ns]のシミュレーションを行った。計算結果から、タイムステップを0.1[fs]にするとエネルギー保存則が成立することが確認された。次に原子間ポテンシャルが正しく使われていることを確認するために、先行研究との比較も行った。具体的には、溶解エネルギーの計算を行った。まず、Fe-H系の全エネルギーを最小化した後、H原子を除去した。その後、再び鉄の系を最小化した。このシミュレーションに先立ち、ダイヤモンド構造を持つ炭素原子の系について、炭素原子1個あたりのエネルギーを計算した。算出したFe-H系の全エネルギーから、鉄の系の全エネルギーと取り出した炭素原子のエネルギーを差し引いて、溶解エネルギーを算出した。炭素原子を八面体の空隙に配置した場合、計算結果は先行研究と比較的一致し、ポテンシャルの妥当性が示された。