微粒子プラズマ中のクローン結晶の研究

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プラズマ中で超微粒子を核にして成長させ、ミクロンオーダーの球形単分散カーボン微粒子からクーロン結晶を形成できることを本研究の実施前に明らかにしてきた。本年度の研究では、観察測定装置の改良によって、クローン凝集体が液体状態から固体状態に相転移する過程および結晶構造が変化する過程を詳細に解析した。すなわち、微粒子がプラズマ中で粒径を増大させていく過程において、1.液体-固体間相転移が起きる時点を、CCD画像およびミ-散乱エリプソメトリ同時観察・観測から明確にした。2.この相転移の時点において、クーロン結合係数が理論的に予測された値に近いことを確認した。3.固体化した直後の結晶構造は体心立方構造となっていることを明らかにした。4.体心立方の結晶構造は一度壊れて、液体状態に戻ることがわかった。5.再び結晶化が起きるが、今度は結晶構造が6角柱構造となることを確認した。6.6角柱構造は、微粒子とイオンの分極によって生じる微粒子間の引力によって形成されることがわかったまた、クーロン結晶を電気的ポテンシャルの中に閉じ込めながら、反応性ガスから不活性ガスに切り替えて微粒子の成長を停止し、その後のクーロン結晶の変化を観察した。その結果、1.同一の結晶状態をそのまま保持し続けることがわかった。2.放電電力を低くするほど微粒子の運動は安定し、高くすると液体状態になり易いことがわかった。