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3次元氷結晶パターンのフェーズフィールド及び分子動力学シミュレーションによる研究

使用相场和分子动力学模拟研究 3D 冰晶图案

基本信息

批准号：
04F04778
负责人：
古川義純
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

過冷却水中で成長する氷結晶は、薄い円盤状成長から円盤の縁での界面不安定化の発生を経て、樹枝状成長へと時間発展する。このとき、結晶パターンは、三次元的に極めて非対称な構造(対称性の破れ)を持つ。すなわち、界面張力の異方性と界面カイネティクスの異方性が結晶のパターン形成に同時に関与しているためであるが、その形態不安定化とパターン形成機構を解明するために、氷結晶成長実験を行った。結晶のパターン発展は、マッハツエンダー干渉計を用いてその場観察され、得られた干渉縞の解析により氷の樹枝状パターンの発展を三次元的に解析した。本年度に、干渉縞画像から位相情報を抽出できる新しい画像解析手法を解析し、三次元パターンの時間発展を追跡することが可能になった。その結果、氷樹枝結晶のa軸方向(樹枝の軸方向)とそれに直交するc軸方向の成長速度の解析、さらに質量成長速度の解析などが可能になった。さらに、フェーズフィールドモデルにより、氷のパターン形成数理モデルの構築をおこなった。このモデルでは、異方性を持つパラメータとして界面張力と界面カイネティクスの2つを導入することで、それらの相互作用の仕方を明らかにすることを目指す試みである。このモデルにより、氷結晶の三次元パターンの発展のシミュレーションを行い、異方性の与え方により非対称な三次元パターンが出現する場合があることがわかった。現在、クラスターコンピュータによるシミュレーションの実施中であり、次年度はデータの解析を中心に研究を推進する。これらの成果は、米国結晶成長学会年会で発表するなど、国際会議へも積極的に参加した。また2005年9月には、この分野の第一人者Prof.Bilgram(スイス、ETH)が来日したため、本研究に関連して結晶の三次元形態形成に関する共同研究を実施した。

In the cooling water, the growth of the crystal, the thin growth of the crystal, the instability of the interface, the growth of the crystal and the growth of the branches in the cooling water. The results show that there is a strong relationship between the temperature and the temperature, and that the three-dimensional system is highly effective and stable. The mechanical properties of the interface, the formation of the The results show that the three-dimensional analysis of the branch shape is obtained by using the field survey and the analysis of the branch shape. This year's Portrait Picture report draws out new ways to analyze the portrait, the three-dimensional time exhibition, and the possibility that it may be difficult. The results of the experiment, the growth rate of the growth direction of the twigs in the direction of the twigs, the direction of the twigs and the direction of the twigs, the growth rate and the growth rate of the twigs, the growth rate of the twigs and the growth rate of the twigs may be very important. The mathematics and physics are formed in the form of mathematics and physics. In terms of the strength of the interface, the strength of the interface, the interface. In this paper, the results show that the three-dimensional structure, the square character and the square value of the three-dimensional data show that the three-dimensional data are correct, square and square, and the results show that the three-dimensional data are correct. At present, the research of the Center for Analysis and Analysis will be promoted in the next year. We will actively participate in the annual meeting of the American Society for Economic growth, the annual meeting of the American Society for Economic growth, and the International Conference. In September 2005, the first person in the field, Prof.Bilgram (mother tongue, ETH), has conducted a joint study on the formation of three-dimensional configuration in the future.