Research Abstract
長距離相互作用を伴う連続体媒質における巨視的な核形成現象
Macroscopic nucleation phenomena in continuum media with long-range interactions
2011年11月21日 Scientific Reports 1 : 162 doi: 10.1038/srep00162
核形成は、一般に準安定相と安定相の間の不連続な転移で見られる現象であり、大気科学やナノエレクトロニクスなど基礎から応用の広い研究分野できわめて重要なテーマである。伝統的に、これはたかだかナノメートルほどの微視的な過程と考えられており、安定相の微視的な核の形成を意味している。今回我々は、弾性ひずみによって伝えられる長距離相互作用を考慮すると、臨界核の大きさが全系の大きさに比例するという事実から、核形成が巨視的な過程になりうることを初めて示した。これによって、「巨視的核形成」という新しい概念が得られる。我々は、結晶を構成する分子が大きさの異なる双安定状態を持つことで弾性ひずみが生じるスピンクロスオーバー系のモデルの分子動力学シミュレーションにおいて、この効果を実証した。
- 独立行政法人 物質・材料研究機構 理論計算科学ユニット
- 東京大学物性研究所
- アレクサンドル・ヨアン・クザ大学（ルーマニア）
- 東京大学大学院理学系研究科
- フロリダ州立大学（米国）
- CNRS–ヴェルサイユ・サン=カンタン・アン・イヴリーヌ大学（フランス）
- 独立行政法人 科学技術振興機構
Nucleation, commonly associated with discontinuous transformations between metastable and stable phases, is crucial in fields as diverse as atmospheric science and nanoscale electronics. Traditionally, it is considered a microscopic process (at most nano-meter), implying the formation of a microscopic nucleus of the stable phase. Here we show for the first time, that considering long-range interactions mediated by elastic distortions, nucleation can be a macroscopic process, with the size of the critical nucleus proportional to the total system size. This provides a new concept of ‘‘macroscopic barrier-crossing nucleation’’. We demonstrate the effect in molecular dynamics simulations of a model spin-crossover system with two molecular states of different sizes, causing elastic distortions.
