結晶のバリエーションは環境の違い

私たちの身の回りには、多くの結晶があります。

雪、食塩、鉱物や宝石、半導体、医薬品、中には、タンパク質やアミノ酸からなる結晶など。自然界で作られた結晶もあれば、人間が作り出した結晶もあります。

結晶は、温度や湿度、溶液濃度、不純物の有無など、それが作られた環境の違いによって、形や色、大きさ、物性が大きく変わります。水分子からなる雪の結晶が千差万別の形を示すように、たとえ同じ材料から作ったとしても、同じ結晶が作られるとは限りません。

結晶成長をシミュレーション

私が取り組んでいる研究は、この複雑な結晶成長という自然現象に関する普遍的な物理法則を発見することです。

そのために、結晶成長においてもっとも重要だと思われるいくつかの物理過程に着目し（モデル化）、それぞれの過程を微積分の式を用いて表現し（定式化）、これらの式を組み合わせてコンピュータで解きます（数値計算）。その計算結果が思わしくなければ、モデル化に立ち返って再検討します。

これを繰り返し、実際の結晶成長現象を正しく再現できたとき、物理法則のひとつを解明できたと言えます。

結晶の理解が、宇宙の理解にもつながる

物理法則は、自然科学や科学技術における考え方の基盤です。鉱物結晶の形成時にその内部に残された痕跡から、地球内部や初期太陽系の環境を推測できるように。窒化ガリウムの結晶成長技術が青色LEDの発明に繋がったように。

結晶成長に関する物理法則をひとつひとつ積み上げ、物質科学の発展に貢献したいと考えています。