半導体表面におけるフローティング相

本研究課題では、半導体の典型的な清浄表面のひとつであるGe(111)表面においてフローティング相が存在するか否かを理論の立場から明らかにすることを目標として、この表面のモデルに対するシミュレーション計算を詳細に行うことによりその可能性を議論した。ここで言うフローティング相とは、長距離秩序を持たず、その内部では整合構造を取る非整合壁で隔てられたドメインが流動するために二体相関関数が粒子間距離の羃で減衰する熱力学的に安定な相のことである。以下に、本研究で得られた成果の概要を記す。秩序状態としてc(2×8)構造を取り、Ge(111)表面の無秩序状態における温度変化をよく記述する格子ガスモデルにおける有効相互作用パラメタの値がこの表面に対応すると見積もられる値を取る場合について、秩序相と無秩序相の間の温度領域に別の新しい相が存在することを確認し、その温度範囲を特定した。この状態では、実空間での相関関数が遠距離で粒子間距離の羃関数として減衰し、その指数が温度とともに変化することを示し、互いに非整合壁に隔てられたドメインが流動する状態にあることと相関関数の運動量空間でのピーク位置が秩序状態での位置から(2×2)構造の超格子ブラッグ点の方向に変位することを示した。この状態が有限温度での分子動力学計算に対しても安定であることは十分に検討できなかったが、以上のことより、Ge(111)表面の秩序相と無秩序相の間にフローティング相が存在する可能性の高いことが結論できる。本研究課題に密接に関連する問題として、この表面に金属原子等が吸着することによる再構成とその相転移の問題がある。このような問題を取り扱うための多成分からなる系に対する分子動力学計算プログラムの整備も併せておこなった。

本研究課題では、半導体の典型的な清浄表面のひとつであるGe(111)表面においてフローティング相が存在するか否かを理論の立場から明らかにすることを目標として、この表面のモデルに対するシミュレーション計算を詳細に行うことによりその可能性を議論した。ここで言うフローティング相とは、長距離秩序を持たず、その内部では整合構造を取る非整合壁で隔てられたドメインが流動するために二体相関関数が粒子間距離の羃で減衰する熱力学的に安定な相のことである。以下に、本研究で得られた成果の概要を記す。秩序状態としてc(2×8)構造を取り、Ge(111)表面の無秩序状態における温度変化をよく記述する格子ガスモデルにおける有効相互作用パラメタの値がこの表面に対応すると見積もられる値を取る場合について、秩序相と無秩序相の間の温度領域に別の新しい相が存在することを確認し、その温度範囲を特定した。この状態では、実空間での相関関数が遠距離で粒子間距離の羃関数として減衰し、その指数が温度とともに変化することを示し、互いに非整合壁に隔てられたドメインが流動する状態にあることと相関関数の運動量空間でのピーク位置が秩序状態での位置から(2×2)構造の超格子ブラッグ点の方向に変位することを示した。この状態が有限温度での分子動力学計算に対しても安定であることは十分に検討できなかったが、以上のことより、Ge(111)表面の秩序相と無秩序相の間にフローティング相が存在する可能性の高いことが結論できる。本研究課題に密接に関連する問題として、この表面に金属原子等が吸着することによる再構成とその相転移の問題がある。このような問題を取り扱うための多成分からなる系に対する分子動力学計算プログラムの整備も併せておこなった。