結晶成長理論

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04227108
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 西岡 一水 徳島大学, 工学部, 教授 (90035650)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津田 穣 千葉大学, 薬学部, 教授 (90009506) ; 岡田 勲 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (60011582) ; 入沢 寿美 学習院大学, 計算機センター, 助教授 (20101587) ; 上羽 牧夫 名古屋大学, 理学部, 助教授 (30183213) ; 斎藤 幸夫 慶応大学, 理工学部, 助教授 (20162240)
• Keywords: 結晶臨界核生成可逆仕事 / 界面形態の先端安定性 / ステップのゆらぎ / ステップのバンチング / MBE成長条件 / 融体結晶成長 / S_вステップ成長 / 表面エレクトロマイグレーション

Research Abstract

1.結晶臨界核生成可逆仕事への界面応力の寄与は負,エッジ自由エネルギーの寄与も通常は負となることがわかった.また,臨界核に対する熱力学的定義と速度論的定義とは一致しないことを明かにした.(西岡)
2.拡散場により結晶界面の不安定化がおきた後の界面形態の多様性を,結晶の異方性と原子レベルの雑音との競合の観点から明かにした.特に,先端不安定性の起こる雑音レベルの臨界値に対する近似解析とシミュレーション結果とは良い一致を示した.(斉藤)
3.微斜面を構成するステップの揺らぎを調べ,個々のステップの揺らぎが中距離で増幅されるのに対し,ステップ間隔の揺らぎは抑制されることがわかった.また,ステップ列の安定性について解析し,3本以上の束縛状態,多数のバンチングなどを見いだした.(上羽)
4.MBE成長条件下での2元系結晶成長のシミュレーションを行い,成長中の表面構造の平坦性は1示系で得た特徴的長さだけでは整理されないこと,成長後の原子種の整合性については,入射フラックスと結合エネルギーの関係で相転移的な振舞いをすることがわかった.(入沢)
5.塩化カルシウム融体からの結晶成長のシミュレーションを行った結果,10psのオーダーで(001)成長面では成長が見られたが,(100)面では認められなかった.界面には数原子層にわたって中間の層が見られ,融体中でも隣接する結晶に影響されたオーダリングが見られた.(岡田)
6.結晶(001)面の2x1再構成表面におけるステップ成長メカニズムを量子化学的手法により主としてダイヤモンドについて解析した結果,(001)表面上のS_вステップではキンクからの成長は起こらず,孤立したダイマー列が突出して成長することがわかった.(津田)
7.Si(111)微斜面ステップ構造を表面再構成温度の上下の温度域で調べた.高温域では,直流通電方向反転に伴う等間隔・バンチング間の構造変化機構を拡張BCF理論により説明し,低温域での再構成に起因するバンチング機構をTSKモデルに基づいたシミュレーションで調べた.(名取)

Research Products

• [Publications] K.Nishioka: "Thermodynamic formulae of liquid phase nucleation from vapor in multi-component systems" J.Chem.Phys.96. 5370-5376 (1992)
• [Publications] K.Nishioka: "Thermodynamic formula for the reversible work of forming a noncritical cluster from the vapor in multicomponent systems" J.Chem.Phys.97. 6687-6689 (1992)
• [Publications] K.Nishioka: "Thermodynamic Formulae of Homogeneous Nucleation" Physica Scripta. T44. 23-30 (1992)
• [Publications] K.Nishioka: "Interfacial thermodynamics of noncritical clusters and homogeneous nucleation in multicomponent systems" J.Crystal Growth. 128. 1157-1161 (1993)
• [Publications] K.Nishioka: "Transient nucleation in binary vapor of water and sulfuric acid" J.Chem.Phys.100. 532-540 (1994)
• [Publications] 西岡一水: "多成分系核生成における非臨界核生成可逆仕事と臨界核の条件" まてりあ Materia Japan. 33. 223-230 (1994)
• [Publications] Y.Saito: "Growth Morphologies in Diffusion Field" J.Crystal Growth. 128. 82-86 (1993)
• [Publications] Y.Saito: "Kinetic Effect on 2D Dendritic Growth" J.Crystal Growth. 128. 224-228 (1993)
• [Publications] Y.Saito: "Anomalous Crystal Growth of a Binary Chain" Phys.Rev.E. 48. 2028-2033 (1993)
• [Publications] E.Brener: "Fluctuation Effects on Dendritic Growth Morphology" Physica A. (印刷中). (1994)
• [Publications] Y.Saito: "Fluctuation and Instability of Steps in a Diffusion Field" Phys.Rev.B. 48 (印刷中). (1994)
• [Publications] M.Uwaha: "Kinetic Smoothing and Roughening of a Step with Surface Diffusion" Phys.Rev.Lett.68. 224-227 (1992)
• [Publications] M.Uwaha: "Kinematical Binding Transition of Steps in a Surface Diffusion Field" Phys.Rev.B. 46. 4364-4366 (1992)
• [Publications] M.Uwaha: "Roughening and Smoothing of Steps with Surface Diffusion" Surf.Sci.283. 366-370 (1993)
• [Publications] M.Uwaha: "Fluctuation of Steps in a Surface Diffusion Field" J.Crystal Growth. 128. 87-91 (1993)
• [Publications] M.Uwaha: "Evolution of a Train of Interacting Steps in a Surface Diffusion Field" J.Crystal Growth. 128. 92-96 (1993)
• [Publications] 上羽牧夫: "ステップの揺らぎと表面拡散" 日本結晶成長学会誌. 18. 348-355 (1991)
• [Publications] 上羽牧夫: "ステップの統計力学と結晶成長" 日本結晶成長学会誌. 19. 154-160 (1992)
• [Publications] T.Irisawa: "Periodic changes in the structure of a surface growing under MBE conditions and RHEED oscillation" Surf.Sci.242. 148-151 (1991)
• [Publications] T.Irisawa: "Structural Feature of Surface in MBE Growth-Effects of Anisotropic Bonding and Diffusion" Proc.Fifth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 6. 19-24 (1992)
• [Publications] E.Yonei: "Diffusion Field and Two Dimensional Nucleation on Vicinal Surface under MBE condition" Proc.Sixth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 9. 29-34 (1993)
• [Publications] 入沢寿美: "モンテカルロ・シミュレーションによる成長表面構造の解析" 表面科学. 14. 17-23 (1993)
• [Publications] T.Irisawa: "Monte Carlo simulation of A-B crystal under MBE conditions" Proc.Sixth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 12. 33-38 (1994)
• [Publications] I.Okada: "Molecular Dynamics Simulation of Crystal-Melt Interface of Sodium Chloride" Proc.Sixth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 9. 41-45 (1993)
• [Publications] I.Okada: "Molecular Dynamics Simulation of Crystal Growth from Calcium Chloride Melt" Proc.Seventh Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 12. 51-56 (1994)
• [Publications] T.Hoshino: "Theoretical consideration on dimer vacancy images in the STM observations of Si(001)surfaces in terms of the adsorption of O_2 molecules" Surface Science Letters. 291. L763-L767 (1993)
• [Publications] M.Tsuda: "Structures of Epitaxially Growing Surfaces of GaAs Crystals-Ga Layers in MOVPE-" Proc.Sixth Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 9. 35-40 (1993)
• [Publications] M.Hata: "S_в step growth mechanism on the reconstructed(001)surface:cluster migrations at the growing edge" Applied Surface Science. 75. 21-26 (1994)
• [Publications] M.Tsuda: "Nucleation and Step Growth Mechanism on Reconstructed(001)Surfaces" Proc.Seventh Topical Meeting on Crystal Growth Mechanism. 12. 45-50 (1994)
• [Publications] A.Natori: "Step Structure Transformation of Si(001)Surface Induced by Current" Jpn.J.Appl.Phys.31. 1164-1169 (1992)
• [Publications] ed.K.Kawasaki: "Slow Dynamics of Condensed Matter" American Institute of Physics, 598 (1992)
• [Publications] ed.S.Kai: "Pattern Formation in Complex Dissipative Systems" World Scientific, 580 (1992)
• [Publications] ed.S,H.Davis: "Interactive Dynamics of Convection and Solidification" Kluwer, 277 (1993)