分子動力学による次世代火力プラント高温材料設計増加する火力発電の重要性  高効率火力発電    コンバインドサイクル発電石炭発電 (ガスタービン) 火力発電所の発電効率の推移 (東京電力)  合金（Ni基超合金、ステンレス等）の高温下での熱物性の制御が不可欠タービン，ローター，ケーシング … 発電用蒸気タービン(東芝) 熱膨張の発生  2体ポテンシャルとの古典的関係式  𝑈 𝑥 = 𝑐𝑥 2 − 𝑔𝑥 3 − 𝑓𝑥 4   𝑥 = 3𝑔 4𝑐 2 𝑘𝐵 𝑇 3階微分の項が重要高温での非調和性力が大きい [キッテル固体物理学入門] 熱膨張を再現するポテンシャル開発(Ni) Coefficient of thermal expansion [1/K] 2.5E-05  Exp. GEAM (2001) Fitted Potential 2.0E-05 1.5E-05 1.0E-05 5.0E-06 高温(600K~)で実験値とよい精度で一致 0.0E+00 0 200 400 600 Temperature [K] 800 1000 1200 中田達也卒業論文2014より ※畠山賞、工学部長賞ダブル受賞！マクロ物性値との対応分子動力学シミュレーション空間スケール nm～μm 時間スケール fs ～ ns Image-based modeling of the response of experimental 3D microstructures to mechanical loading A.C. Lewis* and A.B. Geltmacher 結晶組織シミュレーション有限要素法目標：結晶組織を考慮したマクロな熱膨張率の予測手法 Lateral Buckling Analysis of Microscopic Patterned Structure During Dry Etching ～ドライエッチング中に発生する半導体素子パターンの座屈評価  東京大学大学院工学系研究科田中展、泉聡志 H. Tanaka, T. Hidaka, S. Izumi and S. Sakai, “Onset of Wiggling in a Microscopic Patterned Structure Induced by Intrinsic Stress During the Dry Etching Process”, J. Appl. Mech. 81(9), 091009 (Jul 10, 2014). 5 研究の背景半導体プロセス(前工程) 2層薄膜うねり座屈圧縮の真性応力マスク層エッチング誘電体層エッチングマスク層に作用する残留応力(真性応力)が起因 M. Darnon et al., Appl. Phys. Lett. 6 分子動力学による真性応力の予測分子動力学法による酸化膜の真性応力評価 2000個入射 3000個入射 4000個入射・エッチング過程におけるマスク層の酸化膜生成による真性応力の変化を分子動力学法によって予測する。 Oイオンの入射角度には分布がある上面と壁面に酸化膜形成深さ方向に対する真性応力 1500個入射時の原子数の比較 200 1 1500個 O原子数 100 0 50 70 90 110 深さ方向 z [Å] 130 150 3000個応力 [GPa] 原子数 Si原子数 0 -1 -2 50 100 深さ方向 z [Å] 150