新製品情報材料設計支援統合システム新製品MedeA-UNCLEリリース MedeAは原子・分子レベルのシミュレーション技術を基に様々な材料の物性評価を行うための統合環境です。MedeA環境に搭載された新製品で、クラスター展開法に基づいた計算を行うMedeA-UNCLEを紹介します。ランダムに混合した物質の特性を、第一原理バンド計算法の精度を保ちながら効率よく計算するための洗練されたツールです。 ■ クラスター展開法 ■ 原子配置の多様性に対する困難合金など、構成原子が不規則に配列した構造を3 次元 2. 第一原理バンド計算よるエネルギー評価には、信頼性に定評がある MedeA-VASP を使用します。 3. MedeAではフローチャート機能を使い、計算内容を周期境界モデルで表現するには、多くの困難を伴います。フロー形式で構築し実行することができます。計算小さなモデルでは多様な原子配置を表現するには程遠の流れに対する直感的な理解を助けます。また、煩く、現実離れしてしまいます。一方で、第一原理バンド計算雑な入力を必要としません。法などの精度が高い方法でエネルギー評価を行いたい場合には、計算量の制約からモデルサイズは小さくならざるを得ません。そのジレンマを解消するためのアプローチとして、クラスター展開法 1）が提案されています。 ■ アプリケーション領域 MedeA-UNCLE は、多元系の合金や半導体などのバルク系に限らず、合金表面やその表面への吸着の問題など、様々な系に適用可能です。 ■ クラスター展開法クラスター展開法では、系のエネルギーを格子点におかれた原子間の結合様式（クラスター）によって展開し、その総和で評価します。ある構造σのエネルギーは E（σ） =ΣF d F J F ∏（ F σ） ■ 計算できる物性・特性クラスター展開法で得られる構造・エネルギー情報を基に、様々な物性・特性を推算することができます。 ●安定相の構造と基底状態ダイアグラム（図 1） ●空孔密度と展開することができます。縮重度d F を考慮したうえ ●溶解度で、構造ごとに固有の値を取る相関関数 ∏F（σ）の係数J F ●混合エネルギー（Effective Cluster Interaction, ECI）を第一原理バンド計算の結果にフィッティングし決定します。計算に用いるク ●相安定性の温度・濃度依存性 ●秩序・無秩序転移温度ラスターは、少ないクラスターで早い収束が得られる組み合わせを遺伝的アルゴリズムによって選別します。フィッティングの結果得られたエネルギー値や ECI は、大規模なモデルに対するモンテカルロ法に適用することができ、有限温度における原子配置とエネルギー状態のシミュレーションを行うことができます。 ■ MedeA-UNCLE2）の特長 ■ UNiversal CLuster Expansion MedeA-UNCLE （ UNiversal CLuster Expansion）は、 Müller、Hartらによって開発されたクラスター展開法の図1　Cu-Au二元系における基底状態ダイアグラムソフトウェアです。普遍的なソフトウェアであることを目指し、様々な計算対象を取り扱えるようにするとともに、ユーザーの入力をできる限り少なくすることで、パラメーター依存性を低くすることに成功しました。 1）J. M. Sanchez, F. Ducastelle, and D. Gratias, Physica A 128, 334 （1984）. 2）D. Lerch, O. Wieckhorst, G. L. W. Hart, R. W. Forcade and S. Müller, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 17, ■ MedeA環境との統合 055003 （2009）. 1. クラスター展開法では ECI を評価するため、数多くの第一原理バンド計算が必要になります。JobServer -TaskServer 機能を使うことで効率よく計算の投入・回収を行うことができます。 5