Phys.Rev.Lett.に載ります

"Novel Cross-Slip Mechanism of Pyramidal Screw Dislocations in Magnesium"

月見だんごみたいに、球をたくさん積み重ねて遊びたい、と思ったことはありませんか。やってみると面白い発見があります。
上の図で左がいちばん綺麗に積み重ねる方法です。三角形でできた面と、四角形でできた面が見えます。金、銀、銅、アルミなどの柔かい金属はどれもこれと同じように原子が並んでいます。三角形でできた面はなめらかなんで、この面をさかいに原子がヌルヌル滑ることができて、そういう面が4つもあるので自由に変形できるのが柔かい理由です。四角でできた面が3つありますが、こちらはデコボコしていてあまり滑りません。
右の図は、違う積み重ねかたをして、三角と四角が交互にでてくるようにしたものです。上の面は三角だけで平らですが、他は若干デコボコしています。マグネシウム、チタン、ジルコニウムなんかはこのような原子の並びになっています。金とかだと斜めの面は平らなのが3つ、デコボコが3つでしたが、こちらはその中間の面が6つ出来ています。上の面はヌルヌル滑るけど、他の面は滑りにくいので金などより変形しにくいです。
例えばノートパソコンなんかは軽量化のためにマグネシウムをボディに使っていますが、これを板をプレスして作ろうとすると割れてしまうので、鋳型に溶かした金属を流して作るしかなく、手間がかかります。もしマグネシウムやチタンの板をプレスして部品を作れるようになれば、特に車なんかでかなりの軽量化が期待できます。ジルコニウム原子力、チタンはジェットエンジンで重要。
金属にいろいろ混ぜ物をすると、この斜めの面が滑りやすくなって変形しやすくなることが判明し、最近その機構が盛んに研究されています。始めにその話を聞いた時は三次元的にそういう面を想像できなくて全くイメージが掴めませんでした。なので実際に玉をダイソーで買ってきて積んだり、CGで描いたりしてなんとなく感じが分かってきました。混ぜ物うんぬん以前に、この斜めの面の滑り自体が良く分かっていない状況だったので、いろいろ計算してその結果をCGで可視化したりしているうちに、いろいろなことが分かってきて、これまでの常識から外れた振舞いを発見することができました。


特に微妙なデコボコを三次元的に把握するのが重要だったので、それが良く見えるように自前のCGプログラムを作って絵を生成しました。奥まった場所というのは周囲の環境から届く光が少ないので暗く見えます。玉の上の各地点に小人さんに立ってもらい、そこから空がどの程度邪魔されずに見えるかを見てもらいます。その度合によって明るさを変えるようにしてます。まじめに計算すると時間がかかりすぎる(画素数×玉の数×視線の数)ので、描画の際に使うZバッファというのを再利用してインチキしてます。
http://d.hatena.ne.jp/ita/20100308/p1