結晶成長理論

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03243101
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 西岡 一水 徳島大学, 工学部, 教授 (90035650)
• 研究分担者: 小林 亮 龍谷大学, 理工学部, 講師 (60153657) ; 入沢 寿美 学習院大学, 計算機センター, 講師 (20101587) ; 斎藤 幸夫 慶応義塾大学, 理工学部, 助教授 (20162240) ; 上羽 牧夫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30183213)
• キーワード: 核生成 / 界面熱力学 / ヘリウム / 拡散律速凝集 / ステップの揺らぎ / 樹枝状結晶 / MBE成長 / シミュレ-ション

研究概要

多成分系気相中の臨界核以外の一般の液相核と気相との界面に対して、界面熱力学を拡張した。母相からの核生成可逆仕事として得られた公式には、従来の公式には欠けていた項があり、この項は従来の界面項と同程度の重要性を持つ。さらに、可逆仕事の極値条件から臨界核の組成とサイズとを求める方法に関して、永年の疑問を解決した。(西岡)
2.ヘリウム結晶微斜面のステップから成る量子的モデルに基づき、長波長の音波に対する散乱振幅の一般的表式を導いた。波長が充分長ければステップ間相互作用の効果は重要でない。(上羽)
3.樹枝状結晶の形態と成長速度、横枝発生等への界面張力と界面カイネティックス係数との効果を調べた。定常成長には、これらの異方性が必要であり、これらの効果の相対的な大きさに応じて、成長様式の移行、成長速度に対する普遍法則の変化がみられた。(斎藤)
4.有限密度のDLAモデルを用いて、拡散場中での結晶成長に及ぼす気相の流れの効果を明かにした。また、気相成長下でのステップの揺らぎを解析した。ステップの上側からよりも下側からの原子の取り込みが速いとステップは不安定になり得、逆に昇華の場合には滑らかになる。(上羽、斎藤)
5.結合エネルギ-及び表面拡散の異方性を取り入れてMBE条件下のモンテカルロシミュレ-ションを行った。クラスタ-形状及びステップ方位による荒れの異方性は、共に結合エネルギ-の異方性によって強く影響され、表面拡散の異方性によっては影響されない。更に、微斜面の成長の場合、RHEED振動が消失する条件も詳しく調べた。(入沢)
6.界面張力と界面カイネティックス係数の異方性を考慮したフェ-ズフィ-ルドモデルを用いてデンドライト成長のシミュレ-ションを行った。結晶形は異方性強度に敏感で、その増加と共に主枝を持たない形状から主枝を持つ形状へとの遷移する。また、異方性強度と主枝の成長速度の振動性との関連についても調べた。(小林)

研究成果

• [文献書誌] K.Nishioka: "Thermodynamic formulae of liquid phase nucleation from vapor in multicomponent systems" J.of Chemical physics. (1992)
• [文献書誌] K.Nishioka: "Thermodynamic Formulae of Homogeneous Nucleation" Physica Scripta. (1992)
• [文献書誌] M.Uwaha: "Kinetic Smoothing and Roughening of a Step with Surface Diffusion" Physical Review Letters. 68. 224-227 (1992)
• [文献書誌] 上羽 牧夫: "ステップのゆらぎと表面拡散" 日本結晶学会誌. 18. (1992)
• [文献書誌] Y.Saito: "Flow-Induced First Order Transition of the Aggregation in a Diffusion Field" Proc.of the Towa University Intern.Symp.on Slow Dynamics in Condensed Matter. (1992)
• [文献書誌] Y.Saito: "Dynamics and Structure of an Aggregation Grown from a Diffusion Field" Proc.of the KIT Intern.Workshop on Physics of Pattern Formation in Complex Dissipative Systems. (1992)
• [文献書誌] Y.Saito: "Dynamics and Structure of an Aggregation Growing from a Diffusion Field" Proc.of the Intern.Conference on Interactive Dynamics in Convection and Solidification. (1992)
• [文献書誌] M.Uwaha: "Fluctuation of Steps in Surface Diffusion Field"
• [文献書誌] M.Uwaha: "Evolution of a Train of Interacting steps in Surface Diffusion Field"
• [文献書誌] Y.Arima: "Influence of surface diffusion on the structure of growing crystal surface" J.of Crystal Growth. (1992)
• [文献書誌] T.Irisawa: "Theoretical study of patterns and structures of crystal surface growing under MBE conditions" JISSE-2 Proceedings (2nd Japan Intern.SAMPE Symposium and Exhibition Approaches). 1390-1397 (1991)