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清浄で平坦な表面が原子レベルで観測できるようになり、ヘテロエピタキシーでの特異面の様々の成長様式や微斜面上のステップの形状不安定性などが見出された。これら表面ナノ構造の自己組織化は結晶の弾性歪みにより引き起こされる。その解析にはこれまで連続弾性体が用いられているが、原子一個の着脱が問題となる結晶成長では、原子レベルの弾性論が必要である。この研究では弾性格子模型の提案を行い、数値計算でステップなど表面欠陥間の相互作用を求め、連続体近似の適用限界を調べた。また、歪みを介した相互作用が、ステップの動的不安定性などに及ぼす効果を検証した。
歪みによる相互作用は長距離に及ぶが、基板が薄いと厚み程度で遮蔽されてしまう。一方、基板を厚くすると、長い数値計算が必要となる。この困難は、基板に対して弾性格子グリーン関数を導入することで回避された。その結果、例えば吸着島の両縁にあるステップと溝の両縁にあるものとでは短距離ではその相互作用が異なり、大きな有限サイズ効果を示すことが分かった。また、十分離れるとステップ間の相互作用は連続体から予測された1/r^2則を示すが、強度は表面緩和のせいで小さくなった。模型を二次元ヘテロ構造に適用して、被覆率と最低エネルギー状態の関係を系統的に調べ、格子不整合によっては新しい様式が可能であることを見出した。
そのほか。Si(001)表面で表面再構成のために生じた二種類のステップが成長中蛇行不安定性を生じ、微傾斜面上に深い溝構造を作ることを示した。また、Si(111)表面の表面構造相転移付近で、二相共存が可能となることで生じるステップ蛇行不安定性を見出した。
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