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本年度は、シリコンの経験ポテンシャルとして確立されているTersoffポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーション(molecular dynamics simulations)によるシリコン融液、過冷却融液からの核形成、融液と結晶界面におけるシリコン原子のダイナミックスについて調べた。約1万個のシリコン原子を含むシリコン結晶セルを加熱・融解・冷却し、これらの過程に伴うシリコン原子の運動を時間ステップ0.002ps(1ps=10^<-12>s)で約10ns(1ns=10^<-9>s)にわたり追跡し、可視化した。得られた主な結果は以下の通りである:(1)シリコン融液と結晶界面には、厚さ約1nmの遷移層が存在する。
(2)遷移層における原子拡散係数の温度勾配依存性が欠陥のタイプを決める要因となる。すなわち、勾配が大きいと格子間原子が生成され、小さいと空孔が形成されやすくなる。
(3)過冷却シリコン融液の臨界核半径は過冷却度に反比例する
(4)古典核形成理論を適用することにより融液/結晶シリコン界面エネルギーとして0.7J/m^2が求まり、実験値(約0.4J/m^2)とのリーズナブルな一致が見られる。
(5)線形の温度勾配を持つ過冷却条件下では、核形成は低温部で起こり、結晶成長は{111}面を温度勾配と平行にして高温側に進行する傾向がある。
なお、本基盤研究によりこれまでに開発してきた時間分解電界放射電流観測装置による、シリコンティツプ上オリゴマーDNAの吸着挙動の解析が現在進行中である。
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