鉱物の成長形に関する理論的研究

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本研究の目的は、地球や惑星を構成する鉱物は成長時に、なぜその形(晶相)を変化させるのかという古くから知られた問題を解く事にある。具体的には、その場に係る原子の振る舞いを記述する事から始めて、マクロな形態の変化を理論的に予測できるようにすることである。本年度は、昨年度に引き続き、晶相変化にとって重要な要因と知られている"不純物効果"について2次元島を対象として基礎理論の構築を図った。昨年度に得た、不純物は結晶化にとって最も重要なキンクサイトでの活性化エネルギーを増加させる事によって晶相に影響を与えるという仮説を、さらに一般化することを行った。また、コンピューターによる数値計算を平行して行い、過飽和度と不純物が晶相に与える影響を定量的に見積もる事に成功した。次に理論を3次元結晶に拡張する事について、昨年度に引き続き議論を行った。転位のない場合には、一定の過飽和度下で不純物濃度の増加と共に晶相が変化する事を2次元の理論の単純な拡張によって理論的に示す事が出来るが、転位が存在した場合には第2隣接以上の原子間の相互作用が重要となり原子の付着によって減少するエネルギーに着目する事で理論的解析ができる事が分かった。本研究の最大の成果は、古くから知られた地球や惑星を構成する鉱物の晶相変化を理解するための、基礎理論を構築した点にあると言える。