How the stability of amorphous solids depend on the atomic structure

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03778
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Nishio Kengo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70443207)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アモルファス / ガラス / 原子配列 / 安定性 / 分子動力学シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

Our molecular-dynamics study shows that energetically-favored local non-crystalline structures stabilize the amorphous state. Specifically, we show that non-crystalline argon containing energetically-favored triple-shell icosahedral clusters can exist for more than one day below 7 K, and therefore is an amorphous solid. By contrast, non-crystalline argon made by cooling liquids or gases, which contains many entropy-driven single-shell docosahedral clusters, crystallizes immediately even at 4.2 K.

Free Research Field

物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アルゴンはアモルファス化することが最も困難な物質の一つだと考えられており、未だアモルファス・アルゴンは作られていない。そのアルゴンをアモルファス化できることを分子動力学シミュレーションで示し、「どんな物質もアモルファス固体になれるという」物理学の仮説を支持した。また、アモルファス材料の結晶化はアモルファス材料の応用を阻害する原因の一つであるが、エネルギー的に準安定な非晶質構造を分散させることによって、結晶化を妨げることができると提案した。