微粒子プラズマ中のクローン結晶による相転移現象の解析

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11680485
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 林 康明 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (30243116)
• Keywords: クーロン結晶 / プラズマ / 微粒子 / 相転移 / 結晶構造 / 画像解析

Research Abstract

プラズマ中で成長した粒径1ミクロン以上のカーボン微粒子により、プラズマ空間中に2次元および3次元クーロン結晶を形成した。3次元クーロン結晶では結晶構造を正確に調べ、体心立方に近い構造で厳密には面心斜方構造であることを確認した。また、その格子定数の変化から、クーロン結晶中の微粒子は放電電極に平行な面内で再配列しやすく、その結果、(111)面を電極に平行にした面心立方構造が(001)面を平行にした面心斜方構造に変化しやすいことを明らかにした。さらに動画像を解析して、微粒子の[010]軸方向への振動が大きいこと、電極に平行な面の"すべり"が生じていることを確認し、クーロンポテンシャルのエネルギー計算からそれを説明することができた。
単純六方構造の2次元クーロン結晶では、微粒子の密度を減少させて格子定数を変化させた結果、ある値を境に密度の高いときは電極垂直方向の格子定数の変化が大きく、密度の低いときは平行方向の格子定数の変化が大きいことがわかった。この違いが何に起因するかは現在調べているところである。
次年度は、3次元クーロン結晶において微粒子密度を変化させ、結晶構造や格子定数の変化を動画像より解析し、構造相転移現象について調べる予定である。また、液体-固体間相転移現象についても統計的手段や個別的手段を用いて解析を行う。

Research Products

• [Publications] Kazuo Takahashi: "Two-Dimensional Melting in a Coulomb Crystal of Dusty Plasmas"Japanese Journal of Applied Physics. 38(7B). 4561-4566 (1999)
• [Publications] Yasuaki Hayashi: "Structure of a Three-Dimensional Coulomb Crystal in a Fine-Particle Plasma"Physical Review Letters. 83(23). 4764-4767 (1999)
• [Publications] Yasuaki Hayashi: "Frontiers in Dusty Plasmas"Elsevier Science. 8 (2000)