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半導体シリコン(111)面の1x1→7x7構造相転移に関して、基板に印加した応力の影響を、第一原理に基づく理論計算を実行して解析をした。シリコンの7x7構造は歪みの大きい構造であり、その動的な形成過程への応力の作用は重要である。1x1→7x7構造相転移には、表面吸着原子(アドアトム)の拡散が重要な役割を果たすという報告がある。今年度は、このアドアトムの拡散がシリコン表面に印加された歪みにより、どのように促進または抑制されるかを調査した。モデルにおいて原子位置を平衡結合長より変位させることにより、圧縮ならびに引張応力を発生させた。印加したい応力の大きさに応じて、ヤング率から換算されるだけの歪みを加えることで、計算では容易に応力の効果を与えることができる。初めに、シリコン表面を表すクラスターモデルを幾つか構築して、アドアトムの拡散に必要な活性化エネルギーを見積もった。応力の印加されていないモデルでの計算値は、実験的に得られる活性化エネルギーの値と矛盾の無い結果を与えた。圧縮応力を加えた場合には、拡散のエネルギー障壁が増加した。一方、引張応力をかけた時はエネルギー障壁が減少した。すなわち、アドアトムは表面の中で引張歪みのある場所で動きやすいことが分かる。但し、その変化の大きさは、応力のない表面での拡散の活性化エネルギー(0.8eV)に対して、2.5リコン表面を周期境界条件を入れてモデル化して、スーパーセル法による計算を実行した。この計算からもクラスター計算を支持する結果が得られた。
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