研究課題
液体を急冷あるいは急圧縮すると、その構造は乱雑なままに、固体になる。これがガラス転移だ。本研究は、近年のガラス転移の平均場理論の進展を踏まえつつ、現状の平均場理論では捉えることのできない現象について、その理解を模索するものである。具体的には、 (1)ガラスの欠陥、(2)ポリアモルフィズム、に注目する。本年度の進展を以下に述べる。(1)ガラスの欠陥：大規模な数値シミュレーションにより、柔らかい粒子系の振動状態密度を求めたところ、低振動数領域に局在化した異常な振動モードを見出した。これは、ガラスの欠陥に付随する振動モードである。さらに、この局在化モードの状態密度が、振動数の四乗に比例することがわかった。この研究をLennard-Jones粒子系へと拡張したところ、この系でも同様の局在化モードが存在することが明らかになった。さらに、局在化モードの起源について検討したところ、この異常な振動を、原子の集団的な座屈運動として理解できることを見出した。この理解から、局在化モードの空間的なサイズやその状態密度を、微視的な観点から理解できるようになった。これらの成果は、ガラスの欠陥の基礎的理解を大きく進展させるものである。(2)ポリアモルフィズム：引力と斥力が競合する系において、二つのアモルファス固体状態（ガラス状態、ゲル状態）が発生することに注目し、両者の統一的な研究を行っている。現時点で、大域的な相図を得ており、高密度（ガラス）と低密度（ゲル）で緩和挙動が大きく異なることを見出した。(3)その他：近年、多成分ガラス系のシミュレーションが、swap montecarlo法と呼ばれる手法で爆発的に加速できることが報告され、注目されている。そこで、(2)で開発してきた多成分ガラス系の平均場理論により、なぜswap montecarlo法が速いかをあきらかにした。
2: おおむね順調に進展している
ガラスの欠陥の研究については、昨年度、付随する振動モードの同定、その普遍性の確認、さらに起源の解明など、大きな進展があった。ポリアモルフィズムの研究については、昨年度は準備段階に費やした。総合的には、研究はおおむね順調といえる、
今年度も、(1)ガラスの欠陥、(2)ポリアモルフィズムの研究を進展させる。(1)については、ガラスの欠陥がガラス系の構造緩和においてどのような役割を果たすかを検討する。(2)については、ガラス・ゲルの緩和挙動の違いの原因を、特にエネルギー地形の構造に注目し、微視的に明らかにする。また、多成分系の研究については、レオロジーシミュレーションを実行する。
ガラスの欠陥に関する研究成果のプレスリリース
すべて 2018 2017 その他
すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)
Physical Review E
巻: 97 ページ: 022609(1-9)
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.022609
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The Journal of Chemical Physics
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http://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/files/20171101pressrelease.pdf
