ガラスにおける局在振動モードの非調和性

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K14670
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 水野 英如 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (00776875)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ガラス / アモルファス / 二準位系 / フォノン様振動モード / 局在振動モード / 非調和性 / 粒子の再配置

研究成果の概要

ガラスの特異な熱物性は、二準位系と呼ばれる非調和性の強いノン・フォノンを仮定することによって説明できる。しかしながら、そもそもガラスにおける二準位系は未だに特定されていない。我々は近年、ガラスにはフォノン様振動に加えて局在振動が存在することを発見した。本研究は二準位系と局在振動の関係を理解するべく、振動モードの非調和性を調べた。その結果、ガラスは二準位系に想定されるような、粒子の再配置を引き起こす非調和性を有することが明らかになった。驚くべきことに、局在振動のみならず、フォノン様振動も再配置を引き起こすことが明らかになり、両振動モードが二準位系としての役割を果たし得ることが分かった。

自由記述の分野

化学物理、ソフトマター物理、アモルファス固体の物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

ガラスの熱物性（熱容量、熱伝導率）の測定は１９７０年代から活発に行われているが、得られた実験データを、妥当性が全く保証されていないにも関わらず、二準位系理論によって解釈することが頻繁に行われてきた。この状況に対して、本研究は二準位系理論の妥当性を提示し、ガラス物性に対する理論的・学術的な理解を前進させることができた。我々の生活におけるガラス材料の役割は大きく、ガラスの基礎的な理解は社会的にも重要である。本研究成果はガラスの固体物理学の発展に貢献するものであり、新しい固体物性をもったガラス材料を開発するなどの工学応用においても意義があるものと考える。