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2012 Fiscal Year Annual Research Report

多体相互作用に起因したメソ構造形成に関する研究

Research Project

Project/Area Number 10J02221
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

川崎 猛史  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Keywordsガラス / 過冷却液体 / 計算機実験
Research Abstract

本年度得られた研究成果は大きく分けて以下の三つである.一つ目は,過冷却液体の動的不均一性における時空間階層性の発見である.従来,動的不均一性は構造緩和と関係する遅い緩和によって特徴付けられるという常識があった.実際は低周波の振動モード(構造緩和に比べ極めてはやい運動)と構造再配置運動(本来の構造緩和)とが混在していることを,本研究で新たに構築した理論的手法を計算機実験に適用することにより発見した.さらにこれらを分離することにより,動的不均一性に関する新たな性質が見出された.二つ目は過冷却液体における低周波振動モードと協同再配置運動の時空間相関関係に関してである.ここでの振動とは短い時間で特徴付けられるもので静的起源をもつ.一方,協同再配置運動は長時間のダイナミクスで特徴付けられる動的なものである.本研究ではこれらの間に時空間の相関があることを突き止めた.このことはガラスの遅いダイナミクスの起源に静的物理量が強く関係していることを示唆する.従来,ガラス転移は,動的物理量により特徴付けられるものであり,静的物理量との関連性は不明であった.その点において本結果はガラス転移と静的物理量が関係するという大きな知見を与えたものであると言える.三つ目が過冷却液体におけStokes Einstein (SE)則の破れの起源の解明である.本研究では,上記の理論的手法を用い,構造再配置運動のみに寄与した粒子に注目し粒子の平均二乗変位を求めたところ,本来時間無限大極限で特徴付けられる拡散定数が,きわめて短い時間スケールのデータから算出され,熱活性化過程的であることを見出した.一方,構造緩和時間は密度の2体相関関数の減衰は,系全体に及ぶ時間スケールであり長時間のデータが必要である.そのため特に過冷却液体では熱活性化過程を特徴づけるアレニウス則から大きく外れる.過冷却液体の重要問題にSE則の破れ(拡散係数×構造緩和時間が定数にならずに温度依存性をもつ)があるが,上記の通り,拡散係数と構造緩和時間は物理的に異なるため,SE則が破れることを説明した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は水和現象に関する研究を行う予定であったが,関連研究として行ってきた過冷却液体の動的不均一性に関する研究において,顕著な進展が得られたので後者の研究課題に専念した.当初の研究計画から実施内容は外れてしまったが,これらの結果は研究計画に記した水和現象(水の構造とダイナミクスの関係)と深く関係している.また本年度の実施内容は,すでに3報の海外学術誌に掲載済みである.したがって,結果として大いに研究進捗状況は良好であったと考えられる.

  • Research Products

    (9 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Dynamics of thermal vibrational motions and stringlike jump motions in three-dimensional glass-forming liquids2013

    • Author(s)
      Takeshi Kawasaki, Akira Onuki
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 138 Pages: 12A514.1-9

    • DOI

      10.1063/1.4770337

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Slow relaxations and stringlike jump motions in fragile glass-forming liquids : Breakdown of the Stokes-Einstein rglation2013

    • Author(s)
      Takeshi Kawasaki, Akira Onuki
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 87 Pages: 012312.1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.87.012312

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relationship between bond-breakage correlations and four-point correlations in heterogeneous glassy dynamics : Configuration changes and vibration modes2012

    • Author(s)
      Hayato Shiba, Takeshi Kawasaki, Akira Onuki
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 86 Pages: 041504.1-14

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.86.041504

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 過冷却液体・ガラスにおける秩序,結晶における乱れの役割2013

    • Author(s)
      川崎猛史
    • Organizer
      計算機センター特別研究プロジェクト「結晶成長の数理」第七回研究会-ソフトマターと結晶成長-
    • Place of Presentation
      学習院大学(東京都)(招待講演)
    • Year and Date
      2013-12-26
  • [Presentation] Heterogeneous short-time vibrational motions and long-time configurational2013

    • Author(s)
      Takeshi Kawasaki, Akira Onuki
    • Organizer
      Workshop on the Open Problems of the Glass Transition and Related Topics
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県)(招待講演)
    • Year and Date
      2013-12-18
  • [Presentation] 3次元モデル過冷却液体における低周波振動モードと拡散との関係2013

    • Author(s)
      川崎猛史, 小貫明
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県)
    • Year and Date
      2013-03-26
  • [Presentation] Hierarchical heterogeneous glassy dynamics of configuration changes and vibration modes2012

    • Author(s)
      Takeshi Kawasaki, Akira Onuki
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2012-12-06
  • [Presentation] 過冷却液体における,再配置運動と協同的振動運動2012

    • Author(s)
      川崎猛史, 芝隼人, 小貫明
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2012-09-21
  • [Remarks]

    • URL

      http://statphys.scphys.kyoto-u.ac.jp/~kawasaki/index.html

URL: 

Published: 2014-07-16  

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