2017 Fiscal Year Research-status Report
ガンマ線時間領域干渉計法の高度化によるソフトマターの階層ダイナミクスの研究
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15K17736
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
齋藤 真器名 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (80717702)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ガンマ線準弾性散乱 / ガラス転移 / スローダイナミクス / 核共鳴散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究により、放射光で生成した単色なガンマ線を用いた準弾性散乱測定法である時間領域干渉計法に関して、複数のエネルギーのガンマ線を同時に実験に用いることで、ナノ秒ダイナミクスの測定効率が大幅に向上することができることを実証した。さらに、これまで得ることができなかったピコ秒オーダーのダイナミクスの情報も同時に得ることができることを示した。これらの研究は本年度に論文として発表した。(M.Saito et. al., Scientific Reports 7 12558)
このように高度化されたガンマ線準弾性散乱法を用いて、ガラス転移のメカニズム解明に向けたスローダイナミクス研究を推進した。高分子、イオン液体、ファンデルワールス液体、水素結合性の液体など、様々な種類のガラス形成物質の過冷却状態、ガラス状態における原子・分子スケールの局所的なスローダイナミクスを系統的に調べた。その結果、すべてのガラス形成物質中でJohari-Goldsteinβ過程と呼ばれる局所的な活性化運動を観測することができた。さらに、この活性化過程は空間的に制限された局所的な運動であり、温度を下げてガラス転移温度に近づくほど空間的な制限の度合いが大きくなることがわかった。
粘性の高い深く過冷却した液体中では、原子・分子間の強い多体相互作用の結果、分子がナノ秒程度以上の時間スケールで周囲の分子の作るケージにとらわれて拡散運動が制限されることが知られる。本研究で得られた局所的な拡散の制限の度合いパラメータと、このケージの発達を示す他の実験値との強い相関を示したことから、本研究の結果は深く過冷却した液体中でケージの発達を局所ダイナミクスの観点からミクロに捉えたものであると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題では、A.ガラス転移のメカニズム解明に向けたグリセリンのスローダイナミクス研究と、B.自動車の燃費向上にむけたゴム表面のメソ構造のダイナミクスという2つの応用研究を主題として研究を推進する計画を立てていた。しかし、A.のガラス転移の研究で、ケージに閉じ込めれた分子運動の様子が局所的な活性化過程をプローブとして直接測定できるという大変重要な事実が判明した。したがって、B.の研究はより基礎的な原子・分子レベルの高分子鎖のダイナミクス測定実験にとどめ、A.の研究をさらに推進する方針転換を行った。それにより様々なガラス形成物質を測定することで、ケージ化された状況における分子ダイナミクスを系統的に観測することができた。このような状況より、計画は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本研究で得られた結果を論文として発表し社会に成果を還元する。一方、これまで様々なガラス形成物質に関してそのミクロなナノ秒スケールの緩和時間のみならず、弾性散乱強度の空間スケール依存性も系統的に観測できているが、このふるまいがどのような意味を有しているかは未だ明らかでない。サブピコ秒～ナノ秒のダイナミクスを反映しているこの量はボゾンピークや速いβ過程などガラス転移研究に重要なダイナミクスを反映しているため、さらに詳細な研究を行いたいと考えている。
また、本課題で手を付けることができなかった、ゴム表面のメソ構造のダイナミクス研究についても研究を推進していきたいと考えている。
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Research Products
(13 results)
