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

金属中氢扩散机制的量子/分子/统计分析

基本信息

批准号：
16J05572
负责人：
井川祥平
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在这项研究中，我们研究了由于原子位置的不确定性而导致的温度依赖性的影响，这是势垒的量子效应之一，是分析金属中氢扩散现象的重要因素。在本财年，我们将主要考虑放松金属结构，以解决去年暴露的问题，即考虑高音区量子效应的计算结果与经典计算结果不符。，我们改进了程序。具体来说，我们使用快速惯性弛豫引擎（FIRE）方法对BCC结构的铁进行结构优化，然后计算BCC铁中[100]平面上的势能分布以及金属内氢的扩散路径We。研究了最小能量路径（MEP）和势垒如何变化。结果，通过进行结构优化，确认了鞍点周围的势能分布变得更宽。因此，当考虑高音范围内的量子效应时，我们能够获得结果与经典结果之间表现出良好一致性的趋势。此外，通过执行结构优化，MEP 变得比经典结果更接近直线。因此，将来，我们将利用这些结果，利用路径积分分子动力学（PIMD）更详细地评估由于本原位置的不确定性而导致的势垒的温度依赖性。使用这种方法在金属内。