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2010 年度 実績報告書

結晶成長における自発的対称性の破れ

研究課題

研究課題/領域番号 19540410
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

斎藤 幸夫  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (20162240)

キーワードキラル対称性の自発的破れ / 相互阻害効果 / モンテカルロ・シミュレーション / 反応速度論 / ヘテロエピタキシャル系 / 柱列 / 濡れ
研究概要

磨り潰しながら溶液からキラルな結晶を成長させると、片方のキラリティを持ったものだけが生き残るという実験がある。この自発的対称性の破れを理解するため、結晶成長に対する格子気体模型に磨り潰しの効果を取り込んだモデルを提案し、モンテカルロ・シミュレーションを行った。その結果、磨り潰しがなければ結晶クラスターはキラル対称なラセミック混合物となり、磨り潰しがあれば片方のみが生き残ったホモキラルな状態となることが示された。完全にアキラルな初期状態から出発すると、途中ラセミックな状態を長く保持するが、そのときキラリティの異なる結晶クラスターが多数接触することが見出された。やがて揺らぎで片方が多数派になると、その差が拡大する。これは異種クラスターが接触するとき互いに表面を覆って成長を阻害する相互阻害効果で説明される。つまり、少数派の結晶クラスターにとっては阻害効果が相対的に大きく、クラスター数の差が拡大していく。キラル分子濃度に対する反応速度論の式に非線形効果をもたらし、数値積分するとシミュレーション結果を定量的に説明できた。また鏡像体過剰率に対する時間発展の式は時間依存のあるランダウ方程式と似た形式となる。ただし、変分関数は存在せず、係数は時間依存性を持っている点が本質的に非平衡系である。
ヘテロエピタキシャル吸着系では基板と吸着層の格子定数の違いに起因する歪みを避けるため、基板表面に柱列という微細加工を施す実験が行われている。吸着層が柱の上に乗ったCB相から柱の間の溝に落ち込んだW相(真の平衡状態)へ緩和するかどうかをモンテカルロ法で調べた。そして濡れ性が低いとCB状態が準安定であることを見出し、エネルギー障壁を理論的に計算した。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Grinding-Induced Homochirality in Crystal Growth2011

    • 著者名/発表者名
      Yukio Saito, Hiroyuki Hyuga
    • 雑誌名

      J.Cryst.Growth

      巻: 318 ページ: 93-98

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Chirality Selected by Mutual Antagonism2010

    • 著者名/発表者名
      Yukio Saito, Hiroyuki Hyuga
    • 雑誌名

      J.Phys.Soc.Jpn

      巻: 79 ページ: 083002(1-4)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collapse of an adsorbate island on substrate pillars2010

    • 著者名/発表者名
      Koichi Takano, Yukio Saito, Olivier Pierre-Louis
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B

      巻: 82 ページ: 075410(1-7)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 結晶成長の物理I-融液からの理想的結晶成長-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 327-331

  • [雑誌論文] 結晶成長の物理II.-理想成長からのずれ:界面張力の効果-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 371-375

  • [雑誌論文] 結晶成長の物理III.-熱伝導に支配された樹枝状結晶成長-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 431-436

  • [雑誌論文] 結晶成長の物理IV.-溶液からの結晶成長-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 471-476

  • [雑誌論文] 結晶成長の物理V.-方向性凝固での界面不安定性-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 528-532

  • [雑誌論文] 結晶成長の物理VI.-共晶中の構造-2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 49 ページ: 593-597

  • [学会発表] ランダム蒸着ドメインの競合2011

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫, 小村祥子
    • 学会等名
      日本物理学会第66回年次大会
    • 発表場所
      新潟大学、新潟市
    • 年月日
      2011-03-25
  • [学会発表] キラルな結晶成長のシミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫
    • 学会等名
      学習院計算センター特別研究プロジェクト「結晶成長の数理」第5回研究会-鏡像対称性と結晶成長-
    • 発表場所
      学習院大学、東京都
    • 年月日
      2010-12-24
  • [学会発表] 結晶成長におけるキラル対称性の破れ2010

    • 著者名/発表者名
      齋藤幸夫、日向裕幸
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学、大阪府
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] EE amplification and homochirality in chemical reaction systems2010

    • 著者名/発表者名
      Yukio Saito, Hiroyuki Hyuga
    • 学会等名
      2nd International Symposium on the Soai Reaction and Related Topic
    • 発表場所
      Mocsolad, Hungary(Invited)
    • 年月日
      2010-09-13
  • [学会発表] Grinding-induced homochirality in crystal growth2010

    • 著者名/発表者名
      Yukio Saito, Hiroyuki Hyuga
    • 学会等名
      ICCG-16/ICVGE-14(第16回結晶成長国際会議)
    • 発表場所
      Beijin, China(Invited)
    • 年月日
      2010-08-09
  • [学会発表] Homochirality in driven systems2010

    • 著者名/発表者名
      Yukio Saito
    • 学会等名
      International Conference on Statistical Physics,
    • 発表場所
      Cairns, Australia(Oral)
    • 年月日
      2010-07-19
  • [備考]

    • URL

      http://www.phys.keio.ac.jp/faculty/saito/saito-html/index-jp.html

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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