2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19J20036
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
島田 真成 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | ガラス / 粉粒体 / 弾性体理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体を急冷すると、結晶化することなく構造が液体のように乱雑なまま固体のように固くなる。これがガラスである。私は現在、ガラスの限界安定性と呼ばれる性質に関連する研究を行っている。これは、ガラスが非常にもろく、ごく微小な摂動で破壊されてしまうという性質のことである。本年度は、(i)過冷却液体の振動状態に関する数値的研究と、(ii)ガラスの弾性的な性質を網羅的に再現する理論的研究を行った。
(i)限界安定性とは、ガラスが急冷というダイナミクスによって作られるということを反映した性質だと考えられる。そこで、ガラスとして固まる直前の液体、つまり過冷却液体についてその振動状態を調べることは限界安定性の理解に欠かせない。特に過冷却液体のダイナミクスは、ポテンシャルエネルギーの鞍点に支配されていると考えられているため、鞍点について振動状態を詳しく解析した。その結果として、鞍点には完全に固まったガラスには見られないような非常に強く局在化した不安定モードが存在するということがわかり、これは鞍点の「構造欠陥」と呼ぶべき性質を持っていることが判明した。これは過冷却液体がどう固まるのかを知る上で重要な知見である。
(ii)ガラスの弾性的な性質は、限界安定性と関係して様々に異常な振る舞いを示す。通常これらの性質は別々の理論モデルで理解されるが、本来は全てガラスが急冷によって作られるというダイナミクスの帰結であるはずであり、不可分であるべきだ。本研究プロジェクトでは、液体の急冷過程を単純な現象論的モデルで表現し、それを出発点としてガラスの弾性的な性質を網羅的に再現することを試みた。その結果として、実際に様々な性質が単純なモデルから発現することがわかり、この方針の正しさが分かった。
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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
今年度行った、ガラスの弾性体理論に関する研究は、学会で知り合った同じ分野の研究者との議論が発展した結果として成果になったものである。これは当初の研究計画では想定されていなかったことであるが、結果としてガラスの限界安定性に関して重要な成果が得られたため、概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終年度に当たる本年度は、今までに得られている数値実験のデータを整理し、ガラスの限界安定性に関して新たな知見を確立したいと考えている。具体的には、液体を急冷し固まる直前のガラス配置を数値実験によって数多く作ってきたため、それらに対して計画通り詳細な振動モード解析を行うことでガラスが限界安定性を獲得するプロセスに直接迫りたいと考えている。
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