Anharmonic properties of localized vibrations in glasses

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14670
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: mizuno hideyuki 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 / 二準位系 / フォノン様振動モード / 局在振動モード / 非調和性 / 粒子の再配置

Outline of Final Research Achievements

Thermal properties of glasses can be explained by assuming existence of two-level systems that are non-phonon vibrations with strong anharmonicities. However, their existence is still unclear. Recently we have found spatially localized vibrations in the glasses, in addition to phonon-like vibrations. To understand relationship or relevance between two-level systems and localized vibrations, the present work studies anharmonic properties of vibrational modes. We find that glasses exhibit strong anharmonicities inducing particles’rearrangements which are expected as behaviors of two-level systems. Remarkably, not only localized vibrations, but also phonon-like vibrations induce particles’rearrangements. We therefore expect that both of vibrational modes can play a role as two-level systems in the glasses.

Free Research Field

化学物理、ソフトマター物理、アモルファス固体の物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ガラスの熱物性（熱容量、熱伝導率）の測定は１９７０年代から活発に行われているが、得られた実験データを、妥当性が全く保証されていないにも関わらず、二準位系理論によって解釈することが頻繁に行われてきた。この状況に対して、本研究は二準位系理論の妥当性を提示し、ガラス物性に対する理論的・学術的な理解を前進させることができた。我々の生活におけるガラス材料の役割は大きく、ガラスの基礎的な理解は社会的にも重要である。本研究成果はガラスの固体物理学の発展に貢献するものであり、新しい固体物性をもったガラス材料を開発するなどの工学応用においても意義があるものと考える。