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Alternative title: Design of Structural Materials by a Multi-scale Simulation without Experimental Parameter

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※本件は、日本鉄鋼協会学術功績賞（浅田賞）に対する寄稿です。

本稿では、ナノスケールの第一原理計算をはじめとする計算材料科学により、鉄鋼材料など構造材料の理論設計について紹介する。具体的には、従来は実験値や経験的パラメータに依存した数値計算による材料開発支援を刷新し、第一原理計算と粗視化計算技術を連携し、マルチスケールシミュレーション技術開発を進めている。これは標準的な第一原理計算のみでは扱えない大きな空間･時間スケールにわたる。得られた成果として、第一原理計算のみによりNi-Al-X(X=Ti, Nb)三元系合金等の状態図を決定した。このための自由エネルギーの温度依存性は、第一原理計算によるエンタルピー、フォノン自由エネルギー、混合エントロピー、電子励起･磁性の自由エネルギーの和として求めた。また「第一原理フェーズフィールド法」により、様々な合金の複雑な微細構造を予測した。さらに、拡張準粒子理論に基づき、電子励起状態を取り扱うことが可能なGW近似を採用した第一原理分子動力学法を開発し、水素社会の基盤となる水素生成法の一つであるメタン分子からの水素生成の基礎過程を現象論的なパラメータを一切使わず追跡することに成功した。これらの知見により、従来型の現象論的研究を抜本的に脱却し、材料開発の高速化が期待できる。

Rights:

• In Copyright
  

Keyword: 第一原理計算, マルチスケールモデリング, 繰り込み, 全電子GW計算, 時間依存GW計算

Date published: 2026-07-01

Publisher: 一般社団法人　日本鉄鋼協会

Journal:

• ふぇらむ (ISSN: 1341688X) vol. 31 issue. 7

Funding:

• JSPS 24K01149 (ノンパラメータ階層計算技術による耐熱材料設計)
• 防衛装備庁 JPJ004596 (革新的エンジン冷却性能向上のための炭化水素燃料の触媒反応機構解明)

Manuscript type: Publisher's version (Version of record)

MDR DOI:

First published URL: https://portal.isij.or.jp/ferrum/vol031/07.html

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Updated at: 2026-08-31 13:44:26 +0900

Published on MDR: 2026-08-31 16:27:55 +0900