過冷却液体におけるストークス-アインシュタイン則の破れの理論的研究

• Project/Area Number: 20740245
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics/Chemical physics
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 鄭 誠虎 Institute for Molecular Science, 助教 (40390645)
• Project Period (FY): 2008 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2010: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2009: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2008: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 過冷却液体 / ガラス転移 / 動的不均一性

Research Abstract

平成21年度においては、交付申請書に記載した計画通りの研究を行い、私がこの課題研究を通じて構築した拡張モード結合理論を用いて、ガラス形成物質における丘fragile-to-strong dynamic crossover(粘性率や拡散係数の温度依存性が、ある温度を境に非アレニウス的な振る舞いからアレニウス的な振る舞いへと変化すること)の研究を行った。これまで、fragile-to-strong dynamic crossoverの実験的研究が主に水を対象に行われてきたことから、このようなcrossoverが起きるのは水素結合ネットワークに起因する水の特殊性によるものだと考えられてきた。ところが最近の研究により、このcrossoverが水素結合を持たないガラス形成物質においても見られることが明らかになっており、従来の解釈は不十分なのではないかと考えられるようになっている。私は平成21年度の研究を通じて、過冷却液体のダイナミクスがある温度を境にactivated hopping processと呼ばれる活性化型のプロセスに支配されることによりfragile-to-strongdynamic crossoverが起こり得ることを理論的に示した。この理論においては水素結合ネットワークの存在を前提としていないので、この理論は一般的なガラス形成物質におけるfragile-to-strong dynamic crossoverの説明に用いることができる可能性を秘めている。また、fragile sideとstrong sideにおいて、ストークスーアインシュタイン則の破れ方が異なっていることも理論的に示したが、これは水に対する実験結果とコンシステントであり、この理論の有効性を示している。これらの結果については、Journal of Physics : Condensed Matter誌(2報)において発表した。

Research Products

• [Journal Article] A possible scenario for the fragile-to-strong dynamic crossover predicted by the extended mode-coupling theory for glass transition (2009)
  • Author(s): S.-H.Chong, S.-H.Chen, F.Mallamace
  • Journal Title: Journal of Physics : Condensed Matter 21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence of dynamic crossover phenomena in water and other glass-forming liquids : Experiments, MD simulations and Theory (2009)
  • Author(s): S.-H.Chen, Y.Zhang, M.Lagi, S.-H.Chong, P.Baglioni, F.Mallamace
  • Journal Title: Journal of Physics : Condensed Matter 21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonequilibrium mode-coupling theory for uniformly sheared systems (2009)
  • Author(s): S.-H. Chong and B. Kim
  • Journal Title: Physical Review E 79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coupling and decoupling between translational and rotational dynamics in a sunercooled molecular liquid (2009)
  • Author(s): S.-H. Chong and W. Kob
  • Journal Title: Physical Review Letters 102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Connections of activated hopping processes with the breakdown of the Stokes-Einstein relation and with aspects of dynamical heterogeneities (2008)
  • Author(s): S.-H. Chong
  • Journal Title: Physical Review E 78
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Generalized fluctuation relations without microscopic time reversality (2009)
  • Author(s): 鄭誠虎
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本)
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] Extended mode-coupling theory and dynamical heterogeneities (2009)
  • Author(s): S.-H.Chong
  • Organizer: 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
  • Place of Presentation: Rome(イタリア)
  • Year and Date: 2009-09-01
• [Presentation] Liquid-theory approach to driven dense granular systems (2009)
  • Author(s): S.-H.Chong
  • Organizer: YITP Long-term Workshop : Frontiers in Nonequilibrium Physics
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所(京都)
  • Year and Date: 2009-07-22
• [Presentation] Mode-coupling theory for sheared systems (2008)
  • Author(s): 鄭誠虎
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] Connection of activated hopping processes with the breakdown of the Stokes-Einstein relation (2008)
  • Author(s): S.-H. Chong
  • Organizer: 7th Liquid Matter Conference
  • Place of Presentation: Lund(スウェーデン)
  • Year and Date: 2008-06-28