結晶表面でのステップ列の不安定化とステップゆらぎの成長過程

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07640510
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 上羽 牧夫 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30183213)
• Keywords: ステップ / 形態不安定化 / 成長指数 / バンチング / ステップの蛇行 / 結晶成長 / 非線形発展方程式

Research Abstract

結晶の成長や昇華にともなって起きる微斜面上のステップのステップに沿ったゆらぎに対する不安定化(ステップの蛇行)や,等間隔なステップ列の疎密の形成による不安定化(バンチング)の問題を中心に研究した.さらに,溶液成長での溶液の流れによる不安定化についても,非線形効果を調べた.また直線的なステップが成長とともに荒れてくる様子やその成長速度への結晶の格子構造の影響をみるためのモンテカルロ・シミュレーションを行った.そして以下のような新しい知見が得られた.
1.ステップ・カイネティクスの非対称性や外場による原子のドリフトなどの原因で蛇行が起きると,非線形効果によって蔵本-Sivashinsky方程式で記述される時空カオス的パターンが現れる.これは系の反転対称性の効果であって,ステップに沿ったドリフトがあるとステップの運動はBenney方程式で記述できるようになり,カオスが抑制されて安定な周期構造が期待できる.このことはモンテカルロ・シミュレーションでも確認した.
2.ステップ蛇行のカオス的な振舞いは,結晶の異方性が十分強ければ押さえることができる.したがって,ステップのスティフネスの小さな方位では安定な周期パターンが出現しうる。
3.溶液成長でも溶液の流れによって気相成長の時と同様のステップ列のバンチングや蛇行が起こる.この運動を記述する一般的な形の理論を作った.
4.直線状のステップが成長していく際の成長速度は,結晶の格子構造を反映して,結晶の方位によって異なる過飽和度依存性をもつ.その結果,成長の遅いときは(11)方向に伸びていた成長形が成長が速くなると(11)方向にわずかに伸びた形に変化する.

Research Products

• [Publications] M.Sato and M.Uwaha: "Nonlinear Effect in Step Bunching Caused by Electric Current" Journal of the Physical Society of Japan. 65・6. 1515-1518 (1996)
• [Publications] M.Sato and M.Uwaha: "Wandering Instability of an Isolated Step with Direct Electric Current" Journal of the Physical Society of Japan. 65・7. 2146-2151 (1996)
• [Publications] T.Irisawa et al.: "Power Law Relaxation of Perimeter Length of Fractal Aggregates" Fractals. 4・3. 251-256 (1996)
• [Publications] Y.Saito and M.Uwaha: "Anisotropy Effect on Step Morophology Described by Kuramoto-Sivashinsky" Journal of the Physical Society of Japan. 65・11. 3576-3581 (1996)
• [Publications] K.Nishino et al.: "Power Law Behavior of the Step Roughening with Surface Diffusion" Surface Science. 372(印刷中). (1997)
• [Publications] 佐藤正英,上羽牧夫: "表面拡散場中での原子ステップの不安定化" 日本結晶成長学会誌. 24・1(印刷中). (1997)
• [Publications] T.Irisawa et al.: "Power Law Relaxation of Perimeter Length of Fractal Aggregates" Fractals. 4・3. 251-256 (1996)
• [Publications] Y.Saito and M.Uwaha: "Anisotropy Effect on Step Morphology Described by Kuramoto-Sivashinsky" Journal of the Physical Society of Japan. 65・11. 3576-3581 (1996)
• [Publications] K.Nishino et al.: "Power Law Behavior of the Step Roughening with Surface Diffusion" Surface Science. 372(印刷中). (1997)
• [Publications] 佐藤正英,上羽牧夫: "表面拡散場中での原子ステップの不安定化" 日本結晶成長学会誌. 24・1(印刷中). (1997)
• [Publications] M.Sato and M.Uwaha: "Kinematical Bound States of Steps Caused by Asymmetry in Step Kinetics" Journal of the Physical Society of Japan. 66・4(印刷中). (1997)
• [Publications] S.Miyashita et al.: "Experimental Evidence of Dynamical Scaling in a Two-Dimensional Fractal Growth" Journal of the Physical Society of Japan. 66・4(印刷中). (1997)
• [Publications] T.Nishinaga et al.: "Advances in the Understanding of Crystal Growth Mechanisms" Elsevier,Amsterdam (印刷中), (1997)