周期変動する界面の移動速度が結晶の成長パターンに及ぼす効果の理論的研究

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結晶の成長パターンが如何にして形成されるかという問題を解くには、非平衡状態で結晶と環境相を分割する界面の各時刻各点での移動速度(成長速度)を求める必要がある。界面の移動速度は、1)環境相から界面への成長単元である原子・分子の輸送過程、2)界面での成長単元の取り込み過程である界面カイネティックスの2つの素過程を考慮した拡散方程式を解くことによって求めることができる。ところで、従来の結晶成長におけるパターン形成の研究では、準定常近似を仮定しており、従って、界面の移動速度の時間変動から生まれると予想される周期構造のパターンの形成に関しては、未解決な問題が数多く残されている。本研究では、時間依存した拡散方程式を数値解析的に解くことにより、界面の移動速度が振動する条件を定量的に調べた。その結果、線形な界面カイネティックス(過飽和度に対して線形に成長速度が増加)の条件下で、強制的な遠方の過飽和度の振動に対して界面の運動は安定な挙動をとることが、数値解析的に確かめられた。今後、線形な界面カイネティックスに対して、界面の運動が振動しないことを、解析的に証明する必要がある。また、非線形な界面カイネティックス、特に2次元核形成過程を取り入れた場合、界面過飽和度が核形成の臨界過飽和度の付近で振動するれば、界面の運動が振動すると考えられる。現在この境界条件を考慮した数値実験が進行中である。本研究の結果は、来年度物理学会の分科会で発表予定である。