ヘテロ界面での量子機能物質成長機構の理論的解析

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量子機能をもつ物質作製の基礎となるヘテロ成長のシミュレーション法の開発とそれによるヘテロ界面の形成過程の解析を行った。これまでモンテ-カルロ法では基盤結晶と異なる物質をエピタキシャル成長させるヘテロ成長のシミュレーションは困難とされていた。本研究では基盤結晶と成長物質のそれぞれに相対座標を新たに導入するアルゴリズムによりヘテロ成長のシミュレーションが可能であることを示し、実際にシミュレーションを行うプログラムを開発した。また,予備的なシミュレーションを行い、この方法が実際にうまくいくことを確認し、Si基盤上のGeのエピタキシャル成長について解析を行った。シミュレーション用にワークステーションを購入し、プログラム開発とデータ処理のためのグラフィックス表示を行った。具体例として、まずSiとGeについて別々にシミュレーションを行い,それぞれの実験データとの比較によりシミュレーションでのパラメータの最適化と各々の結晶成長の特性比較を行った。次にヘテロ界面に形成される領域境界(ドメイン境界)の成長に及ぼす影響をシミュレーションしSi(100)上のGe成長では領域境界においてGeが優先的に成長することがシミュレーションで再現できることを明らかにした。これらの成長過程のシミュレーション結果をコンピュータグラフィックスを用いて可視化することにより,ヘテロ界面形成過程の解析を容易にすることができた。今後は動画化により、時間変化を解析する予定である。本研究の結果、ヘテロ成長過程をシミュレーションで再現することができたので、これを用いた量子機能物質作製に応用することが可能である。定量的シミュレーションが今後の課題である。