ファセット化マクロステップの形成・解消ダイナミクスにおける表面傾斜依存性
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22K03487
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
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Principal Investigator |
阿久津 典子 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (40167862)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | ステップ間引力エネルギー / ファセティングの相図 / テンソルネットワーク法 / ファセット化ラフ面 / テラス面荒さ / TSK模型 / Si / ステップ・ドロプレット / ファセット化マクロステップ / 表面張力計算 / 表面荒さ計算 / 2次元核形成結晶成長 / テラス幅分布 |
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| Outline of Research at the Start |
1．結晶微斜面について「ファセット化マクロステップの形成・解消」や「表面荒さ」が表面傾斜（オフアングル、ステップ密度）によってどの様に変化するのか、普遍クラスは変化するのか、を平衡状態、および核形成律速成長・界面律速成長における非平衡定常状態について明らかにする。
2．SiCやGaNなどの半導体結晶マクロステップについて原子スケールのファセット化とメゾスケール長さのファセット化の関係解明を試みる。そのため本研究で得られるナノスケールの結果を仲立ちに、原子スケールからミクロンスケール長さまでのシミュレーションに挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶表面ステップ間に点型の引力が有る格子模型であるp-RSOS模型の定常成長傾斜面について、マクロステップ形成・分散のダイナミクス研究を行っている。この模型の特徴は、テラス面の荒さを取り入れることである。この模型は樹枝状結晶成長などを扱うフェーズフィールド模型より、ミクロな模型であり、量子力学的第一原理計算に用いる模型より粗視化された模型である。
マクロステップの形成は対称性の自発的破れ現象の一つであり、自発的不均一化でもある。分子動力学等で議論される原子スケールの表面荒さと、樹枝状結晶のようなメゾスケールに「荒れた」面との間をつなぐ、ファセット化ラフ面の自発的形成を議論するAbstractを国際会議に提出したところ、招待講演に採択された。
p-RSOS模型は19頂点模型の一つであり、可積分系ではないので解析的な研究が難しい。p-RSOS模型について平衡状態における傾斜依存ファセティング・ダイヤグラム (ステップの凝集・分散の相図の一つ) を阿久津泰弘氏との共同研究によりテンソルネットワーク法で計算した。2次元表面の荒さを取り入れた相転移点を求める場合、分子場近似計算ではしばしば誤った結果になることが知られている。そのため(001) 面荒さのエントロピーを信頼できる精度で計算できるテンソルネットワーク法を使用した。その結果をSi (113) 面と (114) 面間の斜面において観測されたマクロステップ・ファセット化相図と比較し, Siのステップ間引力エネルギーが近似的に-123 meVと求めることができた。観測は30年前になされたが、これまでステップ間引力エネルギーが具体的に求められたことは無かった。他の物質に於いてもステップ間引力エネルギーが求められた例は無く、世界で初めてである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
まず、平衡状態について自発的なファセット化マクロステップ形成についてp-RSOS模型に基づき傾斜に依存したファセティング・ダイアグラム（相図）の計算をテンソルネットワーク法とモンテカルロ法で行い、論文を出版した。
terrace-step-kink（TSK）模型では到達できないステップ・ドロプレット・ゾーンについて詳細なダイアグラムをテンソルネットワーク法で作成することにより、Si (113) 面と (114) 面間の斜面において観測されたファセット化相図と比較し, Siのステップ間引力エネルギーは近似的に-123 meVと求めることができた。ステップ間引力エネルギーを求めたのは世界で初めてである。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．平衡状態について、マクロステップ高さ、共存するテラス面傾斜が様々なステップ間引力の強さについて具体的に計算できたので、表面ゆらぎ幅について計算し、平衡状態のラフネス指数を求める。表面荒さと、ステップの形成・分散の協働現象があるかどうか調べる。
2．比較対象としてステップ間引力が無い場合（RSOS模型）における非平衡定常状態の成長速度と表面荒さのラフネス指数をモンテカルロ法により求め、傾斜依存性を調べる。何が、非平衡状態の成長速度および表面ゆらぎ幅を決めているのか、に着目する。
3．最近、比較的簡単に観測できるようになったテラス幅分布からどの様な情報が得られるのか、を調べる。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
