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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Anharmonic properties of localized vibrations in glasses

Research Project

Project/Area Number 19K14670
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

水野 英如  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (00776875)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywordsガラス / アモルファス / 非調和性 / 分子の再配置 / 音波伝搬特性
Outline of Annual Research Achievements

前年度は、ガラスの振動モードがフォノン様モードであれ、局在化振動モードであれ、粒子の配置換えを伴う非調和性を有することを示した。当年度は、ガラスに熱を与えたときに、このような非調和性がどのように出現するかを明らかにした。
有限温度のガラス固体の分子動力学シミュレーションを実施し、分子の熱振動運動を詳細に解析した。その結果、ガラス転移温度よりもオーダー低い温度においても、分子は再配置運動を行いながら振動することが明らかになった。すなわち、熱によって振動モードが励起されて、励起された振動モードによって分子の再配置が次々と誘発されることが分かった。本研究の結果から、ガラスの分子振動が、結晶のものとは決定的に異なることが確立された。すなわち、結晶の分子は一つの配置のまわりを振動するのに対して、ガラスの分子は配置を時々刻々と変えながら、その変化していく配置のまわりを振動することが確立された。
さらに、このようなガラス特有の非調和性が、ガラスの音波伝搬物性にどのような影響を与えるかを調べた。その結果、音波伝搬物性に対して特異な温度依存性を生み出すことが分かり、ガラス特有の熱伝導率の起源となることが分かった。
過去に実施された数多くのガラスの熱測定や中性子・光散乱実験の結果から、ガラスには結晶には無い特異な分子振動励起があることが示唆されてきたが、本研究によってその振動励起の正体を突き止めることができ、したがってガラス固体の理解を大きく発展させることができたと考える。

  • Research Products

    (16 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 2 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Grenoble Alpes(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      University of Grenoble Alpes
  • [Int'l Joint Research] Central New Mexico Community College(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Central New Mexico Community College
  • [Int'l Joint Research] Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Shanghai Jiao Tong University
  • [Journal Article] Spatial structure of unstable normal modes in a glass-forming liquid2021

    • Author(s)
      Shimada Masanari、Coslovich Daniele、Mizuno Hideyuki、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      SciPost Physics

      Volume: 10 Pages: 1~24

    • DOI

      10.21468/SciPostPhys.10.1.001

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Novel elastic instability of amorphous solids in finite spatial dimensions2021

    • Author(s)
      Shimada Masanari、Mizuno Hideyuki、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 17 Pages: 346~364

    • DOI

      10.1039/D0SM01583K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sound damping in soft particle packings: the interplay between configurational disorder and inelasticity2021

    • Author(s)
      Saitoh Kuniyasu、Mizuno Hideyuki
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 17 Pages: 4204~4212

    • DOI

      10.1039/D0SM02018D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phase transition in the binary mixture of jammed particles with large size dispersity2021

    • Author(s)
      Hara Yusuke、Mizuno Hideyuki、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 3 Pages: 023091-1~10

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.023091

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sound damping in glasses: Interplay between anharmonicities and elastic heterogeneities2020

    • Author(s)
      Mizuno Hideyuki、Ruocco Giancarlo、Mossa Stefano
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 101 Pages: 174206-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.174206

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Low-frequency vibrations of jammed packings in large spatial dimensions2020

    • Author(s)
      Shimada Masanari、Mizuno Hideyuki、Berthier Ludovic、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 101 Pages: 052906-1~8

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.101.052906

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanical and Vibrational Properties of Three-Dimensional Dimer Packings Near the Jamming Transition2020

    • Author(s)
      Shiraishi Kumpei、Mizuno Hideyuki、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Pages: 074603~074603

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.074603

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vibrational spectrum derived from local mechanical response in disordered solids2020

    • Author(s)
      Shimada Masanari、Mizuno Hideyuki、Ikeda Atsushi
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 16 Pages: 7279~7288

    • DOI

      10.1039/D0SM00376J

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detection of boson peak and fractal dynamics of disordered systems using terahertz spectroscopy2020

    • Author(s)
      Mori Tatsuya、Jiang Yue、Fujii Yasuhiro、Kitani Suguru、Mizuno Hideyuki、Koreeda Akitoshi、Motoji Leona、Tokoro Hiroko、Shiraki Kentaro、Yamamoto Yohei、Kojima Seiji
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 102 Pages: 022502-1~12

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.102.022502

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intermittent rearrangements accompanying thermal fluctuations distinguish glasses from crystals2020

    • Author(s)
      Mizuno Hideyuki、Tong Hua、Ikeda Atsushi、Mossa Stefano
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 153 Pages: 154501~154501

    • DOI

      10.1063/5.0021228

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural and mechanical characteristics of sphere packings near the jamming transition: From fully amorphous to quasiordered structures2020

    • Author(s)
      Mizuno Hideyuki、Saitoh Kuniyasu、Silbert Leonardo E.
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 4 Pages: 115602-1~8

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.4.115602

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ガラスの限界安定性:熱を与えたときの再配置現象2021

    • Author(s)
      水野英如
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
  • [Presentation] ガラスの限界安定性:熱を与えたときの再配置現象2021

    • Author(s)
      水野英如
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会 ガラスおよび関連する複雑系の最先端研究
    • Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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