2019 Fiscal Year Research-status Report
不連続な表面張力によりファセット化したマクロステップ形成とステップ・ダイナミクス
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17K05503
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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) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Atomically smooth / Globally rough / 表面荒さ / 2成分定期化合物の微斜面 / 氷のステップ張力計算 / ファセット化したマクロステップ / 固液界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．SiC等2成分定化合物半導体：2018年の成果を基に、反応律速（界面律速）における微斜面の非平衡定常結晶成長は表面荒さが重要であると予想された。しかし、2成分定比化合物の微斜面で表面荒さを平衡状態で理論的に調べた研究が少なかった。そこで、2成分定比化合物について、スタガードRSOS模型を用いて、環境相の成分比の偏りによってステップのファセット化が平衡状態で起るのかどうかを大学院生の村田君、杉岡君とともにモンテカルロ法により調べ、その成果を学会発表し、Crystals誌に投稿、出版した。長距離スケールでは普遍的な性質として予測されたように、表面の1辺の長さの増加と共に表面荒さは漸近的に対数発散することを確認した。しかし、原子スケールではステップ・スティフネスの環境成分比依存性を通してステップエッジ上のキンク間距離が変化し、環境成分比の偏りと共に表面荒さが減少して再び増大したりすることを発見した。このリエントラントなキンク間距離の変化は、1992年に申請者が格子気体模型で計算したステップ・スティフネスの値により良く説明できた。
2．生体、環境学に於いて重要な氷のベーサル面、プリズム面のステップ張力計算について密度行列繰り込み群計算を開始し、その方法を出版した。また、氷は水から作られることが多いので、固液界面に関するワークショップを大阪電気通信大学でエレクトロニクス基礎研究所主催、日本結晶成長学会、日本物理学会大阪支部、応用物理学会関西支部、日本表面真空学会関西支部の共催で行った。実施日は2019年11月30日、12月1日、題目は「固液を区別するパラメタ―長距離秩序か配向秩序か―」であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. 大学院生の村田直也君と杉岡良樹君とともに、2成分定比化合物の微斜面に関して平衡状態におけるマクロステップの平均高さおよび表面荒さをモンテカルロ法で調べた。環境相に成分の偏りが有ると表面荒さが荒くなること、Ising模型で計算されたステップスティフネス（N. Akutsu, J. Phys. Soc. Jpn. 61 (1992) 477 ）により、良く説明できることを示した。この成果を日本物理学会、日本結晶学会で発表し、Crystals誌に論文として出版した。
2．生体物質や環境物質として重要な氷について、Wurtzite結晶構造のベーサル面とプリズム面上の格子気体模型について密度行列繰り込み群の方法を開発し、出版した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．p-RSOS模型の表面荒さを明らかにする前に、良く知られているRSOS模型の微斜面について、表面荒さを平衡状態、非平衡定常状態について調べる。平衡状態の荒さは普遍的性質として系のサイズと共に漸近的に対数発散することが知られている。これは表面荒さのBerezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）転移に基づく普遍的性質である。平衡状態の微斜面傾きによって表面荒さがどの様に変化するのかを調べる。さらに、非平衡ではいくつかの数学模型によりKardar-Parisi-Zhang（KPZ）荒さであることが期待されている。しかし、結晶成長ではKPZ荒さが表れにくいことが知られているが理由が解っていない。しかも、テラス面ではカイネティック・ラフニング現象も期待される。これらの関係を、系の大きさ、温度、成長駆動力、微斜面の傾きを外部変数として網羅的にモンテカルロ法で調べる。
2. p-RSOS模型の表面荒さの結晶成長駆動力依存性を調べ、単純なRSOS模型の結果と比較する。
3．p-RSOS模型のステップ・ドロプレット・ゾーンについて、微斜面の傾きと温度の空間でファセティング・ダイヤグラム（相図）を作成する。Si(113)面の実験結果に適用し実験結果からわかる点型ステップ間引力（電子雲の重なりによる結合軌道形成を想定）の大きさを評価する。
4．氷についてSiと同様な計算を行っていく。
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| Causes of Carryover |
1．2017年度に会議費を支出しなかったため繰り越された会議費関連：
理由：大阪電気通信大学ワークショップ「固液を区別するパラメタ―長距離秩序か配向秩序か―」を大阪電気通信大学エレクトロニクス基礎研究所と開催した。その際、エレクトロニクス基礎研究所から金銭補助は受けなかった。この開催の準備のため海外出張の件数が減ったため、2019年度配当分は使い切ったが2017年度から繰り越された分を使わなかった。
2．最終年度は成果発表のために著名な国際誌への論文投稿費用として支出したい。
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