計算材料科学
フェーズフィールド法についての説明として正しいものはどれか。
- A秩序変数が界面でなめらかに変わる幅のある界面を考え、自由エネルギーが減る向きに秩序変数の変化を解いて、界面を直接追わずに組織の変化を計算する
- B界面を厚さ0の鋭い境界として扱うので、界面上の点の位置をすべて1つずつ追跡し、界面の移動速度の式に従って時間の刻みごとに動かしていく必要がある
- C個々の原子の位置と速度を変数にして、原子間ポテンシャルから求めた力でニュートンの運動方程式を解き、組織の変化を追う
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正解：A. 秩序変数が界面でなめらかに変わる幅のある界面を考え、自由エネルギーが減る向きに秩序変数の変化を解いて、界面を直接追わずに組織の変化を計算する
フェーズフィールド法では、例えば固相で1、液相で0をとる秩序変数を空間の各点に置き、界面ではその値が有限の幅でなめらかに変わるとします。全自由エネルギーを、各点の化学的な自由エネルギーと、秩序変数の勾配に比例する界面のエネルギーの和で表し、それが減る向きに時間発展させます。結晶方位のような保存されない量はアレン・カーン方程式、濃度のように保存される量はカーン・ヒリアード方程式で扱います。界面を明示的に追う必要がないので、樹枝状晶の成長、粒成長、析出物の粗大化など、形が複雑に変わる組織を計算できます。界面の点を追跡するのは鋭い界面の手法、原子の運動方程式を解くのは分子動力学法です。