計算機シミュレーションによる剛体球系の固液界面の微視的構造および結晶成長の研究

• Project/Area Number: 08740322
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 物性一般(含基礎論)
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 森 篤史 徳島大学, 工学部, 助手 (10239593)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: アルダー転移 / 剛体球系 / 結晶化 / 融解 / 分子動力学シミュレーション / 固液界面 / 結晶成長

Research Abstract

剛体球系における固液相転移(アルダー転移)が、計算機シミュレーションによって示されたのは1957年のことである。しかし、アルダー転移に関して、未解決のことが多い。引力相互作用の存在しない剛体球系においては、界面は安定に存在しないのではないかという疑いもあった。他の系では、固液共存状態(平衡)や結晶成長(非平衡)の分子動力学(MD)シミュレーションが行われているが、剛体球系でそれらが行われ始めたのは、ごく最近のことである。特に、結晶成長に関してのMDシミュレーションは、研究代表者が行っているだけである。
固液共存状態については、剛体球ポテンシャルの特異性にも関わらず、固液界面のプロファイルは、他の系と同様な滑らかなものが得られている。また、アルダー転移の存在自体は疑わなくとも、引力相互作用が存在しないため、凝集が起こらず、従って結晶成長のような現象は起こり得ないのではないかという直感的な見方もあった。今回の研究で、粒子が融液側から界面に流れ込むことによって結晶化が起こり、逆に、粒子が界面から融液側に流れ出すことにより融解が起こる様子が、明確に観察された。気液相転移には、引力相互作用が本質的であり、固液相転移には斥力相互作用が本質的であることは、従来から指摘されていた。斥力のみの系における固相・液相の存在だけでなく、固液相転移の動的性質までも再現することができた。非平衡共存状態の解析方法は確立さておらず、従って、購入した二台のコンピュータによってグラフィック表示を行い、それに基づいてMDの結果の解析を行った。