• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実施状況報告書

ファセット化マクロステップの形成・解消ダイナミクスにおける表面傾斜依存性

研究課題

研究課題/領域番号 22K03487
研究機関大阪電気通信大学

研究代表者

阿久津 典子  大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (40167862)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワードステップ間引力エネルギー / ファセティングの相図 / テンソルネットワーク法 / ファセット化ラフ面 / テラス面荒さ / TSK模型 / Si / ステップ・ドロプレット
研究実績の概要

結晶表面ステップ間に点型の引力が有る格子模型であるp-RSOS模型の定常成長傾斜面について、マクロステップ形成・分散のダイナミクス研究を行っている。この模型の特徴は、テラス面の荒さを取り入れることである。この模型は樹枝状結晶成長などを扱うフェーズフィールド模型より、ミクロな模型であり、量子力学的第一原理計算に用いる模型より粗視化された模型である。

マクロステップの形成は対称性の自発的破れ現象の一つであり、自発的不均一化でもある。分子動力学等で議論される原子スケールの表面荒さと、樹枝状結晶のようなメゾスケールに「荒れた」面との間をつなぐ、ファセット化ラフ面の自発的形成を議論するAbstractを国際会議に提出したところ、招待講演に採択された。

p-RSOS模型は19頂点模型の一つであり、可積分系ではないので解析的な研究が難しい。p-RSOS模型について平衡状態における傾斜依存ファセティング・ダイヤグラム (ステップの凝集・分散の相図の一つ) を阿久津泰弘氏との共同研究によりテンソルネットワーク法で計算した。2次元表面の荒さを取り入れた相転移点を求める場合、分子場近似計算ではしばしば誤った結果になることが知られている。そのため(001) 面荒さのエントロピーを信頼できる精度で計算できるテンソルネットワーク法を使用した。その結果をSi (113) 面と (114) 面間の斜面において観測されたマクロステップ・ファセット化相図と比較し, Siのステップ間引力エネルギーが近似的に-123 meVと求めることができた。観測は30年前になされたが、これまでステップ間引力エネルギーが具体的に求められたことは無かった。他の物質に於いてもステップ間引力エネルギーが求められた例は無く、世界で初めてである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

まず、平衡状態について自発的なファセット化マクロステップ形成についてp-RSOS模型に基づき傾斜に依存したファセティング・ダイアグラム(相図)の計算をテンソルネットワーク法とモンテカルロ法で行い、論文を出版した。

terrace-step-kink(TSK)模型では到達できないステップ・ドロプレット・ゾーンについて詳細なダイアグラムをテンソルネットワーク法で作成することにより、Si (113) 面と (114) 面間の斜面において観測されたファセット化相図と比較し, Siのステップ間引力エネルギーは近似的に-123 meVと求めることができた。ステップ間引力エネルギーを求めたのは世界で初めてである。

今後の研究の推進方策

1.平衡状態について、マクロステップ高さ、共存するテラス面傾斜が様々なステップ間引力の強さについて具体的に計算できたので、表面ゆらぎ幅について計算し、平衡状態のラフネス指数を求める。表面荒さと、ステップの形成・分散の協働現象があるかどうか調べる。

2.比較対象としてステップ間引力が無い場合(RSOS模型)における非平衡定常状態の成長速度と表面荒さのラフネス指数をモンテカルロ法により求め、傾斜依存性を調べる。何が、非平衡状態の成長速度および表面ゆらぎ幅を決めているのか、に着目する。

3.最近、比較的簡単に観測できるようになったテラス幅分布からどの様な情報が得られるのか、を調べる。

次年度使用額が生じた理由

計画通りワークステーションを2台購入したが、2022年使用額が配分額をオーバーしない機種を選択した結果16,565円の未使用額が発生した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Slope-temperature faceting diagram for macrosteps at equilibrium2022

    • 著者名/発表者名
      Akutsu Noriko、Akutsu Yasuhiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-022-21309-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ファセット化ラフ面のラフネス指数とスケーリング関数2023

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 表面成長速度の強い異方性の新たな起源: 平衡状態近傍のファセット化ラフ面2023

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 平衡状態におけるマクロステップのファセティング・ダイアグラム2023

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子、阿久津泰弘
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 点型ステップ間引力が有る傾斜面の平衡状態近傍ステップダイナミクス:傾き依存ファセティング・ダイヤグラム2023

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      北大低温研ワークショップ「結晶表面・界面での相転移ダイナミクスに関する理論とその場観察」
  • [学会発表] Faceted-Rough Surface between Thermodynamically Rough and Atomically rough Surfaces2022

    • 著者名/発表者名
      Noriko Akutsu
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences (IC-MSQUARE)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Large Roughness Exponent And A Scaling Function for A Faceted-Rough Surface2022

    • 著者名/発表者名
      Noriko Akutsu
    • 学会等名
      33rd IUPAP Conference on Computational Physics, (CCP2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] ファセット化ラフ面 ―原子スケール・ラフ面と熱力学的ラフ面の間―2022

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      九州大学 応用力学研究所 RIAMフォーラム2022
    • 招待講演
  • [学会発表] 熱力学的ラフ面と原子的ラフ面の間のファセット化ラフ面2022

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      第51回日本結晶成長国内会議
  • [学会発表] マクロステップ形状維持のしくみの考察2022

    • 著者名/発表者名
      阿久津典子
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi