不純物効果による結晶成長速度の自発的振動の数理モデル構築

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結晶成長速度の時間変動に関しては、その存在の予測は古くからあったものの原因は成長条件の変動という外因説と推測され、そのメカニズムは不明なままであった。国際宇宙ステーションで行われた不凍糖タンパク質（AFGP）存在下の過冷却水中で成長する氷結晶の実験において振動成長を実際に観察・測定し、その原因がシステム自身に内在することが初めて示された(内因説)。一方、地上実験では成長速度がAFGPという不純物の存在下によって促進される現象も確認されている。成長速度が促進される現象は、従来の結晶成長速度が不純物によって抑制される理論モデルでは説明できない。本研究では、AFGP非存在によるc軸に垂直な面（ベーサル面）の成長の抑制とAFGP存在によるc軸に垂直な面（ベーサル面）の成長の促進とのせめぎ合いが振動の本質であるとし、AFGP存在の成長促進とAFGP非存在による成長抑制のせめぎ合いで起こる成長振動モデルを一昨年度までは構築してきた。しかしこのモデルでは、振動は減衰することなく規則正しく永遠に続く問題があった。そこでAFGPの吸着に時間遅れの効果をラングミュア吸着式に取り入れる新たなモデルを昨年度に構築した。そこでは１個のAFGP分子の氷結晶のc軸に垂直な面（ベーサル面）への吸着は、１分子に多くの吸着点が存在することから完全に吸着するまでには時間が必要であると仮定した。この完全吸着に要する時間を吸着の遅延効果とし、それが、吸着量の減衰振動を再現できることがわかった。更にAFGPの吸着量と成長速度の相関を仮定すると、成長速度の減衰振動を説明できる。