| Project/Area Number |
21J10021
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
白石 薫平 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | ガラス転移 / 過冷却液体 / 緩和動力学 / 低周波数振動 / ランダムピニング / 局在振動 / 分子動力学 / 分子シミュレーション / ポテンシャルエネルギー地形 / Johari-Goldstein beta緩和 / 分子動力学法 |
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| Outline of Research at the Start |
液体を急冷すると動力学が遅くなり、遂には粒子が乱れたまま固まってガラスが生成される。その過程で現れる緩和動力学を理解することは、論点が多岐に亘るガラスの統計物理学の中でも中心的な課題と言える。
緩和過程は様々なプロセスから成るが、ここではJohari-Goldstein（JG）beta緩和に着目する。JG beta緩和は様々な実験で普遍的に観測され、ガラス転移に本質的だと考えられているが、理論的な研究の試みは乏しい。それは、この30年間のガラス研究の原動力だったシミュレーションで扱うのが困難だったためである。
本研究では、JG beta緩和に大規模な分子動力学計算で迫り、そのメカニズムを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、分子性過冷却液体の分子動力学シミュレーションにより、緩和の性質を調べた。特に、平衡液体配置から急冷して得られる安定配置での振動解析の結果得られる低周波数域の振動モードと、その後の時間発展における緩和の空間パターンの相関に着目した。時間発展によって経巡る安定配置の低周波数振動同士の相関を新たに導入し、振動モードのどの成分が時間発展によって失われるかを計算した。その結果、分子性過冷却液体が持つエネルギー地形に内在する階層性から理解することに成功した。すなわち、地形中の小さな谷の遷移では振動の回転成分が失われ、大きな谷の遷移では振動の並進成分が失われていたのである。この結果は、昨年度明らかにした2つの緩和過程の実空間運動と整合的な結果である。
本年度はさらに、上記とは全く異なるテーマとして、系中の粒子をランダムに選択して固定するランダムピニング法という数値計算手法を、ガラスの振動解析の文脈に適用する研究も行った。その結果、低周波数域に現れるガラス固有の空間局在振動モードと、フォノン様モードとの混合が、本手法によって分離できることを明らかにするという成果を得た。混合が分離できることの興味深い応用として、2次元ガラスの低周波数振動の解析に本手法を適用した。ピニングを施さない2次元ガラスを用いた従来の研究では、局在モードとフォノン様モードが極めて強く混合してしまい、ガラスに重要な前者の性質を調べることが困難であった。本手法によって混合を解くことで、2次元の局在モードの性質を調べることに成功した。特に、論争が続いていた2次元局在モードの振動状態密度の周波数依存性という論点に対して、混合の影響を完全に消し去った場合は高次元で観測されていたのと同じ周波数依存性が成立するという結果を提出することができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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