Exploring general nature of interfacial melting on ice crystals: in situ approach by optical microscopy

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令和４年度は正立型レーザー共焦点微分干渉顕微鏡（LCM-DIM）に全反射照明を組み込んだ氷成長観察チャンバーを完成させ，全反射用プリズム上での微粒子からのエバネッセント光の散乱を検出することに成功した．しかし，全反射用プリズム上に効率的に単結晶氷をヘテロエピタキシャル成長させる透明基板を用意することができず（当初はマイカ（雲母）を想定していたが，再現性良くベーサル面を成長させるには不適であった），氷表面上でのエバネッセント光の発生と微粒子からの散乱を検出するまでには至らなかった．その中で年度末に差し掛かり，パラフィンをガラス基板に蒸着することで効率よく氷単結晶ベーサル面をエピタキシャル成長させることができることが分かってきた．また，様々な成長基板を模索する中で，塩化ナトリウム結晶を用いて予備的な観察をしたところ，潮解現象と氷の表面融解の間に類似性があるという極めて興味深い結果が得られた．具体的には，低湿度領域から潮解を引き起こす高湿度領域における塩化ナトリウム結晶表面の動態を観察したところ，潮解により生じる結晶表面の水膜は，単に湿度に応じて膜厚を増大させるのではなく，準不完全濡れという特異的な濡れ状態を経由していること，そして水膜の濡れ状態の変化が水膜内部の塩化ナトリウム結晶の成長・融解と結びついていることが分かってきた．これらの水膜の特徴は氷表面の擬似液体層の振る舞いとよく似ている．この研究成果は，本研究課題が表面における水や氷の相転移現象をより統一的な理解につながる可能性を強く示唆している．