| 研究課題/領域番号 |
13640388
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
物性一般(含基礎論)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
本庄 春雄 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (00181545)
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| 研究分担者 |
坂口 英継 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (90192591)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| キーワード | 拡散場中の形態形成 / 樹枝状形態 / 密集分岐形態 / 拡散律速凝集体 / 散逸構造 / 非線形・非平衡系の統計力学 / 自己組織化現象 / 結晶成長 |
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| 研究概要 |
結晶成長における温度場や濃度場、電解析出における静電ポテンシャル、薄い2次元的な空間における粘性の異なる2流体が造る圧力場などは拡散場を形成する。その拡散場中では様々な境界条件に応じて、樹枝状形態、密集分岐形態、拡散律速凝集体など多様な形態が形成されると同時に過冷却度などの非平衡度に対応するパラメータを変えると相互に形態が転移することが解っているが、それらの形成機構や形態間の転移機構などはまだよく解明されていなかった。
我々は、これらの形態が界面不安定化現象に起因する分岐枝から構成されていることに着目し、本研究においてはその分岐枝集合のダイナミクスの統計力学的理解を目指し、以下の事を明らかにした。
1.拡散律速凝集体の分岐枝集合が形成するフラクタル次元と2次元空間次元との関係を数値実験で調べた。従来、拡散律速凝集体のフラクタル次元と一般空間次元との関係は、平均場近似理論や次元解析から求めた現象論的予測式が報告されているが、その予測式は2次元空間での数値実験結果とは微妙に異なる。我々は、拡散律速凝集体の成長を離散化することにより縮小率を定義し、2次元空間における拡散律速凝集体のフラクタル次元を精確に表す相似次元的な定式化に初めて成功した。
2.形態の転移を議論するにはこれらのグローバルな形態が比較的容易に現れる数式モデルが求められるが、結合写像格子上で融液成長するモデル式を考えて数値実験を行い、表面張力や界面カイネティックスの異方性を変えて、これらと樹枝状形態、密集分岐形態、拡散律速凝集体との関係や形態転移の物理的機構を明らかにした。
3.ヴィスコス・フィンガーの実験を行い、樹枝状形態の横枝が造る包絡界面が、界面不安定化による初期の横枝成長領域、横枝が拡散長内で競合する領域、先端と同じ成長速度をもつ横枝領域の3領域に分類出来ることを明らかにした。競合領域においては、横枝の速度は先端速度より速く、ダブロンの片側成長になっている可能性を明らかにした(投稿準備中)。
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