分子動力学法を用いた気体分子-表面間相互作用の動的解析システムの開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04555042
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 洋一郎 東京大学, 工学部, 教授 (60111473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松井 純 横浜国立大学, 工学部, 講師 (40251756) ; 正畠 宏祐 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助教授 (60132726) ; 市川 保正 東京大学, 工学部, 助手 (40134473) ; 川田 逹雄 東京大学, 工学部, 助手 (00010851) ; 小竹 進 東京大学, 工学部, 教授 (30013642)
• Keywords: 分子動力学法 / 表面 / 気体分子-固体表面間相互作用 / 付着分子 / 多原子分子 / 分子線散乱

Research Abstract

近年の工学技術の発達にともない、高真空下の流れや微細構造における流れを詳細に解析する必要が生じてきている。特に、半導体製造課程の薄膜生成課程におけるミクロ構造の流れで見られるような、膜表面に衝突した気体分子の動的挙動の解析は重要である。ここでは、申請者らが既に開発してきた分子動力学法による気体分子-固体表面間の相互作用の解析手段を、より複雑な系である、多原子分子-化合物からなる表面間の相互作用などに拡張し、それらの系における付着確率、散乱パターンなどを第一原理的に求める解析システムを開発することを目的としている。
松本、松井らは数値シミュレーションの対象を付着分子がある場合や多原子分子の場合に拡張して、スーパーコンピュターと複合型計算機および専用ソフトウェアを用いて数値計算を行った。付着分子がある場合は、表面上に気体分子を物理吸着させ、表面上空より気体分子を衝突させるシミュレーションを行い、これをデータベース化した。表面上に吸着分子が存在する場合は、清浄な表面における相互作用と違い、付着分子や表面温度が気体分子に影響を及ぼすことが分った。多原子分子の場合は気体分子として酸素分子を選び、二原子分子-グラファイト表面間の相互作用を解析した。多原子分子に存在する回転の自由度が、気体分子-表面間のエネルギー交換に影響することが分かった。
正畑は分子線散乱によるガス分子とグラファイト表面の相互作用に関する実験を実施し、分子動力学計算を行う上で必要不可欠な分子間ポテンシャルを推定するためのデータベースや、単原子分子と二原子分子の表面散乱の比較における実験的知見を得た。

Research Products

• [Publications] 松本 洋一郎: "熱・流体系における応用II(MD法を用いたメゾスケールモデルの構築)" 日本機械学会講習会教材原子1分子モデルを用いる数値シミュレーション-入門-. 930-58. 75-82 (1993)
• [Publications] MATSUI,J.: "Numerical Analysis of an Atomic Molecule Interaction on Surface" THERMAL SCIENCE AND ENGINEERING. 2. 28-34 (1994)