急冷液体相中の結晶核形成・成長に関するコンピューターシミュレーション

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04227204
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大野 かおる 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40185343)
• 研究分担者: 岡部 豊 東京都立大学, 理学部・物理, 教授 (60125515)
• キーワード: 結晶成長 / 核形成 / クラスター・クラスター凝集 / クラスター / 拡散律速凝集 / シミュレーション / フラクタル次元 / 臨界指数

研究概要

急冷液体相中の核形成・成長に関してはクラスター・クラスター凝集(CCA)機構が重要である。我々はSiO_2のゲル化過程を模倣すべく、CCAモデルに基づいた空間2次元系および3次元系に対する大規模なコンピューターシミュレーションを実行した。具体的には、2官能基および4官能基の2種類のモノマーを用意し、これらを適当な比率で空間的に分散された状態から出発し、拡散律速CCAアルゴリズムに基づくコンピューターシミュレーションを行い、いかなるゲル状態が出現するかを調べた。空間3次元系の結果は、金属材料研究所の三上、鈴木らのX線小角散乱による実験結果を説明する。空間2次元系の結果は、溶液中に成長した結晶表面の2次元テラス上での2次元核形成・成長におけるフラクタルパターン形成を説明出来るはずである。我々は拡散律速凝集(DLA)モデルおよびCCAモデルの連続体平均理論を構築し、DLAの場合は数値解が極めて良く実験値と一致する結果を得た。
次に、二次相転移を示す物質の臨界点近傍での不純物効果および結晶表面の効果を議論するために、場の理論に基づく繰り込み群を用いた解析を行い、表面臨界指数を導いた結果について論文発表を行った。
また、良溶媒中に溶けたポリマーネットワークの統計力学を論じて、モノマー数密度分布や端点間距離分布を特徴づける臨界指数のスケーリング関係式の導出を行い、論文発表した。星型ポリマーの3次元モンテカルロシミュレーションも実行中であり、論文発表を予定している。
最後に、最近話題になっているC_<60>クラスターの構造安定性および分子振動を調べることを目的として、混合基底法による全ポテンシャル第一原理分子動力学法を実行した結果をまとめた。また、Si(100)基板上に2次元配列したC_<60>の電子状態の計算も行い、金属材料研究所の橋詰、桜井らによるSTM、STSを用いた実験結果との比較を行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Ohno,K.Kikuchi,H.Yasuhara: "Continuous mean-field theory of the diffusion-limited-aggregation model" Physical Review. A46. 3400-3404 (1992)
• [文献書誌] K.Ohno,Y.Okabe: "Effect of randomness on surface critical phenomena" Physical Review. B46. 5917-5927 (1992)
• [文献書誌] K.Ohno,Y.Okabe: "Effect of randomness on surface critical phenomena by means of the 4-d expansion" Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 104-107. 275-276 (1992)
• [文献書誌] H.O.Carmesin,K.Ohno: "Mean-field theory and series expansion analysis of multipolar glasses" Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 104-107. 264-266 (1992)
• [文献書誌] K.Ohno: "Statistical Mechanics of Polymer Networks" Springer Proceedings of Physics(Book)¨Computational Approaches in Condensed Matter Physics¨. 70. 276-277 (1992)
• [文献書誌] H.Kamiyama,K.Ohno,Y.Maruyama,Y.Kawazoe: "Ab-initio molecular dynamics simulation of C_<60>" Kluwer Academic Pullisher(Book)¨Physics and Chemistry of Finite Systems:From Clusters to Crystals¨. II. 1335-1340 (1992)