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事例紹介

Exabyte.io

構造特性

結晶構造の弾性定数の計算

概要

第一原理計算は、様々な物性を計算することができるため、近年の材料設計に欠かせないツールになっています。その物性の中の1つ、結晶構造の弾性定数の計算について紹介します。

モデル作成

Exabyte.io上から、結晶データベースのMaterial Projectsに繋ぎ、Siおよび6H-SiCの結晶構造をダウンロードして使用します。

図1 Siの結晶構造 図1 Siの結晶構造
図2 6H-SiCの結晶構造 図2 6H-SiCの結晶構造

計算

Exabyte.ioのworkflow機能を使い、弾性定数を求める計算フローを呼び出して計算を行います。最後に計算に使用する計算コアを設定した後、クラウドコンピューティングを実施します。

計算結果

Si結晶の弾性定数を下記に示します。

表1 Si結晶の弾性定数(GPa)

C11 C12 C44
Exabyte.io 152.5 54.5 75.4
実験値 [1] 166.0 64.0 79.6

実験値とは少しずれはあるものの傾向は一致しています。

6H-SiC結晶の弾性定数を下記に示します。

表2 6H-SiC結晶の弾性定数(GPa)

C11 C12 C13 C44 C33
Exabyte.io 476 100 48 155 519
実験値 [2] 501 111 52 163 553

計算値が実験値と近い値になっていることが分かります。第一原理計算を用いることで、弾性定数の予測を行なうことができます。

参考文献

  1. http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/mechanic.html#Elastic 新しいウィンドウで開く
  2. Kamitani, K., M. Grimsditch, J.C. Nipko, C.-K. Loong, M. Okada, I. Kimura, The elastic constants of silicon carbide: A Brillouin-scattering study of 4H and 6H SiC single crystals. J. Appl. Phys. 82, 6 (1997), 3152-3154.