2015 Fiscal Year Annual Research Report
過冷却液体の結晶化と温度変調非線形応答の理論的研究
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25400429
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
小田垣 孝 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90214147)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 過冷却液体 / ＴＴＴ図 / 自由エンルギーランドスケープ / 初到達時間 / レナード・ジョーンズ･ガウス系 / 臨界核 / 温度変調応答 / 誘電緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、自由エネルギーランドスケープ（ＦＥＬ）を用いて，液体、過冷却液体、ガラス、結晶の、熱力学性質と動的性質を統一的に理解する理論的枠組みを完成させることにある。ＦＥＬ描像に基づく理論的解析および分子動力学シミュレーションにより次の成果を得た。
［1］過冷却液体の結晶化過程の研究
１）ＦＥＬ理論に基づく解析: 過冷却液体の結晶化に対するこれまでの研究を発展させ、FEL上の系の状態点が，過冷却状態から，一部分が結晶化したベイスンを経て，オストワルト成長によって最終的に結晶状態のベイスンに到達する過程のＦＥＬをモデル化し、初到達時間から結晶化時間を温度の関数（ＴＴＴ図）として求めた。結晶化時間が、融点で発散し、温度が下がると最短時間を経てフォーゲルファルチャー温度近傍でふたたび発散する温度依存性を再現した。
２）分子動力学シミュレーションによる研究: 液相、ガラス状態、結晶相を実現できるレナード・ジューンズ・ガウスポテンシャル（ＬＪＧ）系の過冷却液体の結晶化時間の温度依存性および臨界結晶核の大きさの温度依存性を求め、ＦＥＬ理論との比較から過冷却状態と結晶状態の自由エネルギーの差の温度依存性を決定した。また、2次元ＬＪＧ系のガラス形成過程における動的不均一性の特徴を明らかにした。
［2］温度変調誘電緩和とＦＥＬの緩和
熱浴の温度を変化させたときにその温度におけるFELが形成されるまでの緩和時間が，温度変調誘電緩和の2次感受率に現れる効果を誘電緩和の単純な2準位モデルを用いて明らかにし、FELの構造の緩和時間が誘電緩和の”緩和時間の緩和”として現れることを示した。
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