非晶合金の構造とダイナミックス

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01540294
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 樋渡 保秋 金沢大学, 理学部, 教授 (20019491)
• 研究分担者: 高須 昌子 金沢大学, 理学部, 助手 (50202148)
• キーワード: 非晶合金 / ガラス転移 / 分子動力学 / 2体分布関数 / ノンガウシアン

研究概要

二元合金ガラスの構造、特にダイナミックスを明らかにする目的で、二成分ソフトコアモデルの過冷液体及びガラス状態の動的物性を分子動力学シミュレ-ション法により考察した。これにより、合金ガラス状態の安定性、有効-成分近似の妥当性、原子の集団ジャンプ励起、拡散係数の温度依存や密度相関関数の緩和現象にみられる擬似臨界現象及び波数・温度依存性等を明らかにした。
ガラスの非平衡状態の特性を明らかにするため、二成分ソフトコアモデルの長時間の分子動力学シミュレ-ションを実行して、過冷速度とガラスの緩和効果も考察した。これらのシミュレ-ションから、ガラス状態での原子集団運動の特性を考察し、音波の伝播速度、減衰係数、および粘性自己相関関数の計算から、ガラス転移点近傍における粘弾性の異常性を論じた。第7回液体・非晶金属国際会議(LAM-7)で,これらの成果を招待講演および一般講演で発表した。
一方、液体の統計力学的理論の立場からは、平衡2体分布関数に関する積分方程式の改良を試みて、過冷液体およびガラス転移近傍に於ける2体分布関数の数値解を求めた。一成分ソフトコア模型の計算の結果から明らかにされたこととして、この理論から得られる2体分布関数は、広い温度範囲にわたって極めて正確で、理論と計算機シミュレ-ションの結果とは極めてよい一致を示す。中でも特に注目すべきことは、ガラス転移点近傍における2体分布関数の第2ピ-クの分裂が明確に得られ、計算機シミュレ-ションの結果と極めてよい一致の傾向が確認されることであろう。更にこの理論は、二成分系にも容易に拡張することが出来る。事実、二成分ソフトコアの計算から、色々な異なる原子サイズ比や成分比について、二成分系の熱力学的特性を論じた。これらの結果は分子動力学シミュレ-ションの結果を大変よく再現する。また、この理論を用いると、シミュレ-ションでは得られない波数kの小さいところの構造因子の振る舞いが正確に計算されるので、原子サイズ比と濃度に依存した相分離の傾向を正確に求めることができる。
ガラス転移のダイナミックスを論ずる試みとして、trapping diffusion modelを提案した。この理論により、転移点近傍の異常拡散、非干渉性散乱関数の緩和の特性を明らかにするとともに、ガラス転移の本質はGasussian - Non-Gaussian転移であるとの結論を得た。
次年度では、二元合金系の興味ある領域(濃度及び原子サイズ比)について、特に相分離の物性研究を発展させる。また、ガラス転移の動的機構の解明等についての研究を継続して行う。

研究成果

• [文献書誌] G.Pastore: "Soft Sphere Model for the Glass Transition in Binary Alloys.II Relaxation of the Incoherent Density-Density Correlation Functions" Phys.Rev.A38. 454-462 (1989)
• [文献書誌] 樋渡保秋: "非晶質の分子動力学" 固体物理. 24. 108-118 (1989)
• [文献書誌] H.Miyagawa: "Molecular Dynamics Study of Binary Soft-Sphere Glasses:Quench-Rate Effects and Aging Effects" Phys.Rev.A40. 6007-6013 (1989)
• [文献書誌] H.Miyagawa: "Molecular Dynamics study of Binary Alloys:Dynamical Correlation of the Supercooled Liquids near the Glass Transition of Binary Soft-Sphere Mixtures" Proc.of the XXIV Yamada Conference on Strongly Coupled Plasma Physics. (1990)
• [文献書誌] Y.Hiwatari: "Molecular Dynamics Study of Binary Alloys near the Glass Transition" Proc.of the 7th International Conference on Liquids and Amorphous Metals. (1990)
• [文献書誌] H.Miyagawa: "Dynamical Correlations in Binary Soft-Sphere Glasses" Proc.of the 7th International Conference on Liquids and Amorphous Metals. (1990)
• [文献書誌] S.Kambayashi: "A Modified Hypernetted-Chain Integral Equation for the Supercooled Liquid of Inverse Power Potentials" Proc.of the 7th International Conference on Liquids and Amorphous Metals. (1990)
• [文献書誌] S.Kambayashi: "Improved Integral Equation for Highly Supercooled Liquids: Numerical Tests for Soft-Sphere Fluids" Phys.Rev.A41. (1990)
• [文献書誌] S.Kambayashi: "New Empirical Bridge Functions for Integral Equation: Application to the Binary Supercooled Liquids of the Twelfth Inverse Power Potential" Proc.of the XXIV Yamada Conference on Strongly Coupled Plasma Physics. (1990)
• [文献書誌] S.Kambayashi: "Statistical Theory of Supercooled Liquids and Glasses for Inverse power Potentials:Binary Alloys"
• [文献書誌] T.Odagaki: "Stochastic Model for the Glass Transition of Simple Classical Liquids" Phys.Rev.A. (1990)
• [文献書誌] Y.Hiwatari: "Stochastic Dynamic of Atoms near a Glass Transition Point" Proc.of the XXIV Yamada Conference on Strongly Coupled Plasma Physics. (1990)
• [文献書誌] T.Odagaki: "Stochastic Model for a Glass Transition" Proc.of the 7th International Conference on Liquids and Amorphous Metals. (1990)
• [文献書誌] T.Odagaki: "Gaussian-to-non-Gaussian Transition in Supercooled Fluids" Phys.Rev.A. (1990)
• [文献書誌] J.Takashima: "Monte Carlo Simulations of a Two-Dimensional Charged Polymer Chain" Phys.Rev.A40. 2706-2711 (1989)
• [文献書誌] M.Takasu: "A Two-Dimensional Polymer Chain with Short-Range Interactions" Proc.of the XXIV Yamada Conferenceon Strongly Coupled Plasma Physics. (1990)
• [文献書誌] J.Takashima: "Equilibrium Properties of a Charged Polymer Chain with Short-Range Interactions: Two-Dimensional Monte Carlo Studies" (1990)