2016 Fiscal Year Annual Research Report
Large scale molecular simulations for multi-scale dynamics in glass forming liquids
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26400428
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
金 鋼 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20442527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芝 隼人 東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (20549563)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ガラス転移 / 過冷却液体 / 分子シミュレーション / 動的不均一性 / 低次元ランダム系 / ボンド切断法 / 熱振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体が過冷却されアモルファスな構造を凍結させる現象をガラス転移と呼ぶ。ガラス転移点近傍における遅い緩和現象において分子の運動に注目すると、ガラスは液体と酷似する乱れた構造をもつ一方、速い領域と遅い領域の空間不均一性が観測される。これを「動的不均一性」といい、Stokes-Einstein則の破綻などのガラスで特有な異常物性を説明する鍵であるとされている。本研究課題では、動的不均一性の発生メカニズムを明らかにするために、大規模分子動力学シミュレーションをおこなうことによってミクロな分子スケールからの解明を目指した。2次元結晶系ではMermin-Wagnerタイプの長波長熱振動が物性を支配している。一方で、アモルファス物質で熱振動の次元性に着目した研究はなく、そこで2次元および3次元ガラス系の系統的な解析をおこなった。2次元ガラス系において無限の大きさをもつ対数的な強さで発散する振動ゆらぎと粒子の入れ替わりによる拡散ジャンプの両者の重ね合わされた動力学が実現されていることを見出した。前者の振動ゆらぎは線形分散領域における弾性音波によってもたらされており、音波の線形ゆらぎを記述するデバイモデルのアナロジーから記述される。しかしながら、分子サイズを超えた広い領域に及ぶことから、ガラス特有の協調再配置運動を見かけ上覆い隠すことになる。そこでボンド切断法による局所的な配位数ゆらぎを抽出すれば、2次元・3次元系のいずれにおいても構造緩和の素過程は粒子ジャンプ運動で特徴付けられることを明らかにした。
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