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Molecular mechanism of slow dynamics in glass-forming liquids: Transition states and transport phenomena

Research Project

Project/Area Number 18H01188
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Kim Kang  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20442527)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 壮伸  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10642324)
川崎 猛史  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10760978)
芝 隼人  東京大学, 情報基盤センター, 特任講師 (20549563)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywordsガラス転移 / 過冷却水 / 高分子ガラス / フラジリティ / ボゾンピーク / ケージジャンプモデル / ストークス-アインシュタイン則 / 分子動力学シミュレーション / 過冷却液体 / 構造緩和 / スローダイナミクス / 分子シミュレーション
Outline of Final Research Achievements

Drastic slowing-down of glass transition indicates that the relaxation time of glass-forming liquids shows a divergent tendency at finite temperatures. There are two types of temperature dependence, which have been classified according to the fragility concept. Understanding the mechanism of the fragility is essential for clarifying glass-forming liquids, and we have used molecular dynamics simulations for water, polymer, silica, and metallic glasses. In particular, and have conducted a bird's eye view study that overcomes individual studies. In particular, we comprehensively analyzed the anomalies of glass-forming liquids, such as the breakdown of the Stokes-Einstein relationship and the boson peak.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

通常液体を冷却すると結晶固体となる。しかし、急冷や不純物の混合などの条件によって結晶化が阻害されることがある。このとき液体は過冷却状態となり、さらに冷却することでガラス状態へと転移する高分子ガラス、分子性ガラス、金属ガラスなどの材料の発展の一方で、ガラス転移に関する基礎的理解には数多くの課題が未だ多数残されている。本研究課題では分子動力学シミュレーションにより、様々なガラス形成物質で普遍的に見られるStokes-Einstein則の破綻やボゾンピークといった異常性に対して、俯瞰しうる知見統合を通した問題解決をおこなった。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (94 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (17 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 6 results) Presentation (75 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] フェデリコ2世・ナポリ大学(イタリア)

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  • [Presentation] 粗視化分子動力学シミュレーションを用いた高分子ガラスの振動状態密度解析2019

    • Author(s)
      友重直也, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
    • Organizer
      第68回高分子討論会
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  • [Presentation] ジペプチドの異性化を特徴づける反応座標:コミッターと最尤推定法による解決2019

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      森勇介, 岡崎圭一, 森俊文, 金鋼, 松林伸幸
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      第13回分子科学討論会
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      菊辻卓真, 金鋼, 松林伸幸
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      第13回分子科学討論会
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  • [Presentation] 溶媒中のイオン解離を特徴づける反応座標の探索2019

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      森勇介, 岡崎圭一, 森俊文, 金鋼, 松林伸幸
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      日本物理学会2019年秋季大会
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      日本物理学会2019年秋季大会
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  • [Presentation] シリカガラスのモデル依存性の分子動力学解析2019

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      大門翔太, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
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      日本物理学会2019年秋季大会
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  • [Presentation] コロイド分散系における分子動力学から流体力学への橋渡し:溶媒和自由エネルギーとロングタイムテール2019

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      金鋼, 水田圭亮, 石井良樹, 松林伸幸
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      日本物理学会2019年秋季大会
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  • [Presentation] Cage-jump model connecting hydrogen-bond rearrangements and molecular diffusion in supercooled water2019

    • Author(s)
      Kang Kim
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      International school: "Water and water systems’’ 2nd Course: “Polymers and Soft Materials: Glasses, Gels and Networks"
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Identifying relaxation processes in glass-forming liquids in two dimensions2019

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      Hayato Shiba, Takeshi Kawasaki, Kang Kim
    • Organizer
      25th International Congress on Glasses
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Diffusion dynamics of supercooled water modeled with the cage-jump motion and hydrogen-bond rearrangement2019

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      Takuma Kikutsuji, Kang Kim, Nobuyuki Matubayasi
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      Roma Tre Congress on Water under Extreme Conditions
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Classification of mobile- and immobile-molecule timescales for the Stokes-Einstein and Stokes-Einstein-Debye relations in supercooled water2019

    • Author(s)
      Kang Kim, Takeshi Kawasaki
    • Organizer
      Roma Tre Congress on Water under Extreme Conditions
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  • [Presentation] 分子動力学シミュレーションによるシリカガラスの振動状態密度解析2019

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      大門翔太, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
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      第22回理論化学討論会
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  • [Presentation] ジペプチドの異性化過程を記述する反応座標の探索:コミッターと最尤推定法の融合2019

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      森勇介, 岡崎圭一, 金鋼, 松林伸幸
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      第22回理論化学討論会
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  • [Presentation] 粗視化分子動力学シミュレーションを用いた高分子溶融体の振動状態密度解析2019

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      友重直也, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
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      日本物理学会第74回年次大会
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  • [Presentation] ジペプチドの構造変化を記述する反応座標とコミッター2019

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      森勇介 岡崎圭一, 金鋼, 松林伸幸
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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  • [Presentation] 遷移経路サンプリングとコミッター解析によるジペプチド構造変化を記述する反応座標の探索2019

    • Author(s)
      金鋼
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  • [Presentation] 溶媒中ナノ粒子の流体力学挙動と溶媒和構造:物理化学と流体力学の融合による横断的解析2018

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      水田圭亮, 石井良樹, 金鋼, 松林伸幸
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      第8回ソフトマター研究会
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  • [Presentation] 粗視化分子動力学シミュレーションを用いた高分子溶融体のガラス転移温度の解析2018

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      友重直也, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
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      第8回ソフトマター研究会
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  • [Presentation] コミッター解析を用いたジペプチドの構造 異性化を記述する反応座標の選択に関する考察2018

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      森勇介, 金鋼, 松林伸幸
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      第32回分子シミュレーション討論会
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  • [Presentation] 粗視化分子動力学シミュレーションを用い た高分子溶融体のガラス転移温度の解析2018

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      友重直也, 水野英如, 金鋼, 松林伸幸
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      第32回分子シミュレーション討論会
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  • [Presentation] 動的不均一性から探る過冷却水に内在する 協調的運動2018

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      菊辻卓真, 川崎猛史, 金鋼, 松林伸幸
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      第32回分子シミュレーション討論会
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  • [Presentation] 溶媒中ナノ粒子の流体力学挙動と溶媒和構 造:物理化学と流体力学の融合による横断的解析2018

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      水田圭亮, 石井良樹, 金鋼, 松林伸幸
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      第32回分子シミュレーション討論会, 産業技術総合研究所
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      Kang Kim, Takuma Kikutsuji, and Nobuyuki Matubayasi
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      Takuma Kikutsuji, Kang Kim, and Nobuyuki Matubayasi
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      Joint Conference of EMLG/JMLG Meeting 2018 and 41st Symposium on Solution Chemistry of Japan
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ガラス転移の劇的スローダウン:分子シミュレーションによるシリカガラスと金属ガラスを俯瞰的に理解する試み2018

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      金鋼
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      第79回分応用物理学会秋季学術講演会
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      菊辻卓真, 金鋼, 松林伸幸
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  • [Presentation] 高分子粗視化モデルにおけるガラス転移点でのセグメント密度2018

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      友重直也, 金鋼, 松林伸幸
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      日本物理学会2018年秋季大会
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      森勇介, 金鋼, 松林伸幸
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      Kang Kim
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      Takeshi Kawasaki, Kang Kim
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    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20191220_1

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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