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Title: 氷結晶表面での単位ステップと擬似液体層の直接光学観察
Other Titles: In-situ observation of elementary steps and quasi-liquid layers on ice crystal surfaces by advanced optical microscopy
Authors: 佐崎, 元1 Browse this author →KAKEN DB
ゼペダ, サルバドール2 Browse this author
中坪, 俊一3 Browse this author
古川, 義純4 Browse this author →KAKEN DB
Authors(alt): Sazaki, Gen1
Zepeda, Salvador2
Nakatsubo, Shunichi3
Furukawa, Yoshinori4
Issue Date: 31-Mar-2013
Publisher: 北海道大学低温科学研究所
Journal Title: 低温科学
Journal Title(alt): Low Temperature Science
Volume: 71
Start Page: 1
End Page: 13
Abstract: 氷は地球上で極めて大量に存在するため, その相転移(成長や融解・昇華)は様々な自然現象を支配する. 特に氷結晶の表面は, 相転移が進行するのみならず, 様々な物理的・化学的過程の鍵を握る. そのため, 氷結晶の表面を分子レベルで理解することは極めて重要であるが, そのような観察手法がこれまではなかった. そこで我々は, 株式会社オリンパスエンジニアリングと共同で開発したレーザー共焦点微分干渉顕微鏡に, その性能を極限まで引き出すべくさらに改良を加えた. そして, 過飽和水蒸気中で成長させた氷結晶(雪結晶と同じ)の表面で, 単位ステップ(結晶表面に偏在する分子層の端)を直接観察することに初めて成功した. これにより, 氷結晶が成長する様子を初めて分子レベルで追跡することが可能となった. また, 同じ手法を用いて, 氷結晶の表面が融点(0℃)以下の温度で融解する過程を初めて可視化することにも成功した. その結果, 形態とダイナミクスが全く異なる2種類の表面液体相(擬似液体層)が出現する事を見出した. 本成果は, 表面液体相が重要な役割を果たす幅広い現象の機構解明に役立つと期待される.
Due to the abundance of ice on earth, the phase transition of ice plays crucially important roles in various phenomena in nature. Hence, the molecular-level understanding of ice crystal surfaces holds the key to revealing various phenomena,although so far there has been no means for molecular-level observation. Hence, we tried to improve a laser confocal microscope combined with a differential interference contrast microscope (LCM-DIM), which was developed by us and Olympus Engineering Co., Ltd. Then we succeeded in directly visualizing elementary steps (the growing ends of ubiquitous molecular layers with the minimum height)of ice crystals and their dynamic behavior at air-ice interfaces. We could also directly visualize surface melting processes of ice crystals at temperatures below the melting point (0℃). Then we found that two types of surface-liquid phases (quasi-liquid layers)appear that exhibit different morphologies and dynamics. Such novel insights into the nature of surface-liquid phases may play a crucially important role in understanding a variety of phenomena in which surface-liquid phases play a vital role.
Type: bulletin (article)
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Submitter: 低温科学研究所図書室

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