2012 Fiscal Year Research-status Report
過冷却液体における縦波と横波の伝搬速度のシミュレーションによる観測
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24654126
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村中 正 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (00267890)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 過冷却液体 / ガラス / 縦波 / 伝搬速度 / 協同運動 / 分子動力学シミュレーション |
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| Research Abstract |
２次元と３次元のモデルガラスや過冷却液体の温度領域の試料において、人工的に発生させた縦波の伝搬速度を観測した。その結果観測された縦波伝搬速度は、２次元では１２～１３σ／τであるのに対して、３次元では７～９σ／τであった。更に、２次元でも３次元でも同様に、試料の温度上昇に伴い、縦波伝搬速度が若干速くなった。
また、２次元の縦波の段階だけであるが、仙台で行われた国際会議 The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems で報告し、国際会議に伴うプロシーディングの論文 The difference between the longitudinal wave velocity and the propagation velocity of a cooperative motion in a model supercooled liquid も掲載された。
一方、協同運動は分子動力学シミュレーションを行うサンプルの中で自然に発生していて、その伝搬速度を求めると、２次元では３σ／τぐらいとなるのに対して、３次元では２σ／τぐらいであった。更に、２次元でも３次元でも同様に温度上昇に伴い協同運動の伝搬速度は遅くなった。
縦波と協同運動の伝搬速度の定性的な温度依存性は真逆になったが、協同運動の伝搬速度は、それぞれの次元で縦波伝搬速度の４分の１ぐらいであり、何らかの関連性はあるのではないかと思わせるものであった。
横波のみの発生と観測については、現時点で成功していない。というのも、横波を発生させようと、ｙ軸方向に原子を動かしても、ｘ軸方向に縦波と同じ速度の波が発生し、縦波が伝わってしまっていることが分かったためである。つまり、１回の振動だけでは縦波による変位の方が大きく、横波が分離観測できないことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
２次元と３次元のモデルガラスや過冷却液体の中の縦波の伝搬速度は観測できたし、その温度依存性も現実的なガラスと同様、温度上昇に伴い若干速くなることが分かった。また、仙台で行われた国際会議 The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems にも参加して、題名 The difference between the longitudinal wave velocity and the propagation velocity of a cooperative motion in a model supercooled liquid にてポスター発表し、同一題名の論文をプロシーディングスに発表できた。
しかし、横波を発生させることが、予想以上に難しく、どうしても縦波が発生してしまい、横波の発生を観測することがこれまでのところできていない。そのため、横波を発生させたときに、同時に発生する縦波を消し去る方法を今年中に開発して、横波だけをシステム中に伝搬させることに成功したい。
また、前述の論文を否定することにつながりかねないが、縦波の伝搬速度は観測できたものの、縦波を発生させる際の力の大きさにより微妙に伝搬速度が変化することも分かった。そのため、縦波を発生させる力を極限まで小さくするべきだと気付き、余計な波を消し去る方法を開発後に、縦波を発生させた場所近傍の粒子がどうしてもザワザワして活発に動くのを消し去り、極限まで波発生のための力を小さくして縦波を再度観測し、これが本来の縦波の伝搬速度という値を模索してみたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度、ヨーロッパで開催される適切なガラスの国際会議が見あたらず、国内で開催される日本物理学会での報告や、今後投稿する雑誌での報告に換えたい。幾つか気になる国際会議はあったものの、開催期間がちょうど７月中旬から８月上旬の定期試験や成績報告の期間や学内業務の佳境となる時期であったりするため、ヨーロッパでの国際会議には行けないと判断した。
今年度の最後に購入したＰＣのＣＰＵであるＡＭＤのＦＸ－８３５０（８コア、クロック周波数４ＧＨｚ）に４本のジョブで計算をさせれば、かなり高速に計算してくれることが分かったため、このＣＰＵを使ったＰＣを合計４台追加導入し、それらにより３次元の複数温度での分子動力学シミュレーションの計算を順次進めたい。
また、波を消し去る方法が開発できた暁には、波の発生源となる原子の複数回の横方向の振動をシステムに導入した後に、横波よりも高速であると考えられる縦波を消し去り、なんとか横波の観測ができないか確認してみたい。複数回の振動と波の消し去り方法を幾つか組み合わせて計算させたいため、計算能力が高ければ高いほどありがたい。
更に、時間的に余裕があれば、過去の論文や書籍を探して、理論式からフォノンや音波の音速を計算してみて、分子動力学シミュレーションから得られた（実験的に求められた）縦波や横波の音速と比較してみたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度、ヨーロッパで開催される適切なガラスの国際会議が見あたらず、最終年次での国際会議での報告を、今年度仙台で行った国際会議 The 4th International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems での報告、そのプロシーディングス The difference between the longitudinal wave velocity and the propagation velocity of a cooperative motion in a model supercooled liquid の発表とその別刷と、国内で行う日本物理学会での報告と、今後投稿する雑誌への投稿論文に換えたい。
今年度の最後に購入したＰＣのＣＰＵであるＡＭＤのＦＸ－８３５０（８コア、クロック周波数４ＧＨｚ）に４本のジョブで計算をさせれば、かなり高速に計算してくれることが分かったため、このＣＰＵを使ったＰＣを合計４台追加購入し、それらから出てくるデータの保存のためのＢｌｕ－Ｒａｙメディアの追加購入して、今後必要になる計算能力の拡充や、データのバックアップ費用に研究費を充てたい。
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