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氷結晶の一方向成長実験を行い、界面と界面近傍のその場観察を行った。従来界面近傍での不純物濃度分布の直接観察は困難であったが、高精度の干渉計を使用することでこれが可能になった。その結果、界面での形態不安定の駆動力となっている組成的過冷却の存在が初めて実験的に検証され、本来線形定常理論であるMullins-Sekerka界面不安定理論が実測による界面臨界濃度を考慮することで、このような系にも適用できることが示された。この実験成果は、本研究の米国側研究分担者であるSekerka教授、Gurtin教授らとの討論を通じて解析が行われた。
一方、自由成長における氷結晶の円盤成長のモデルを構築することに成功し、ベーサル面の成長機構の違いが重要な役割を果たすことが明らかになった。今後、円盤結晶の縁における界面不安定発生のメカニズムの解明が重要な課題となる。これは、従来にない新しい界面不安定発生機構を提案することになる。
分子動力学法による氷結晶表面と氷水界面構造の分子動力学計算機シミュレーションを実施した。これにより、表面融解の生じる初期状態から融点近傍までの氷表面の構造や固液界面での氷結晶成長の分子レベルでの再現に成功した。このような分子レベルでの描像とパターン形成との関連が今後の重要な研究課題となろう。
以上の成果を元に、氷結晶のパターン形成機構に関する理解は飛躍的に進歩した。特に、ファセット面を含む結晶のパターン形成モデル構築の可能性を確かなものにしたことが最大の成果である。
また、本研究期間中に2回の関連する研究会を開催した。いずれも50名ほどの研究者が参加し、極めて有益な討論を実施することができた。今後は、この研究協力で培った国際協力体制をさらに発展させることが重要である。

【研究分担者】
塚本勝男	東北大学	大学院・理学研究科	助手	(Kakenデータベース)
横山悦郎	山口大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)
儀我美一	北海道大学	大学院・理学研究科	教授	(Kakenデータベース)
灘浩樹	工業技術院	資源環境技術総合研究所	研究員
GURTIN M.E.	カーネギーメロン大学	教授
SEKERKA R.F.	カーネギーメロン大学	教授