計算材料科学

材料の計算手法と、ふつうに扱える空間と時間の規模の組み合わせとして最も適切なものはどれか。

  1. A密度汎関数理論(DFT)の計算で、数百万個の原子を、電子状態まで含めて数マイクロ秒にわたって追う
  2. B有限要素法で、個々の原子の振動をフェムト秒の刻みで追う
  3. C古典的な分子動力学法で、数千〜数百万個の原子を、ナノ秒程度の時間にわたって追う
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正解:C. 古典的な分子動力学法で、数千〜数百万個の原子を、ナノ秒程度の時間にわたって追う

計算手法は、扱える規模に応じて使い分けます。電子の状態を量子力学で解くDFTはふつう数十〜数百個の原子を扱い、時間発展を追えるのも数十ピコ秒程度までです。原子間ポテンシャルを使う古典的な分子動力学法は、数千〜数百万個の原子をナノ秒程度まで追えます。フェーズフィールド法はナノメートル〜マイクロメートルの組織の変化を、有限要素法は部品の規模の応力や温度を連続体として扱います。DFTで数百万個の原子をマイクロ秒も追うのは計算量の点で現実的でなく、有限要素法は原子を扱わない手法です。小さな規模の計算の結果を大きな規模の計算に渡すことを、マルチスケール計算といいます。

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