| 研究課題/領域番号 |
26400428
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
金 鋼 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20442527)
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| 研究分担者 |
芝 隼人 東京大学, 物性研究所, 助教 (20549563)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 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 / ボンド切断法 / 4点相関関数 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、ガラス転移におけるスローダイナミクスを特徴付ける、「動的不均一性」とよばれる時空間に不均一に発生する協調運動の物理的起源を明らかにすることを目的とする。ガラス転移点近傍では静的構造が液体と同じく短距離的にも拘らず、動的不均一性の空間スケールが分子スケールを顕著に超えることが明らかにされてきた。このことから動的不均一性がガラス転移を導く主要な役割を果たすとされるが、これを系統的に解析するために連続体スケールに匹敵する超大規模分子シミュレーションを実行している。今年度は、シミュレーションにおける有限サイズ効果の次元性を詳細に議論することに焦点を当て、動的不均一性の発生メカニズムに新しい視点を与えたことが得られた成果のひとつである。すなわち、等方的ポテンシャルを相互作用とする単純液体の2次元系と3次元系とで、動的不均一性に対する4点相関関数とボンド切断法の2種類の解析方法による構造因子を解析した。2次元系で4点相関関数で顕著な有限サイズ効果があり低波数での漸近形が得られないことがわかった。一方、3次元系ではいつれの手法でも構造因子の低波数における極限値を与えることができ、これにより動的不均一性の相関長を数値シミュレーションから精密に決定することに成功した。以上、顕著な次元性の違いの観点から、動的不均一性の発生メカニズムを明らかにする端緒となる結果を得ている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ガラス転移点近傍では動的不均一性の相関長は分子スケールを超えることから、大規模計算の必要性・重要性は当該分野で長年指摘されている。昨今分子シミュレーションの高速化は様々な既存パッケージ等でなされ長時間シミュレーションが簡便に入手可能になっているが、その一方でシミュレーションの大規模化は取り残された問題のひとつになっている。特に3次元系でシミュレーション粒子数の1/3乗に比例する形でしか低波数に到達することができない。本研究では、千万粒子数に迫る超大規模分子シミュレーションを実行でき、これによりこれまでにない解析結果の提出が可能となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き大規模分子シミュレーションによって動的不均一性の時空間構造とその発生メカニズムを解析する。連続体近似に迫れるほどの長波長・低波数領域における分子シミュレーションの優位性を活かして、ガラス転移の動力学の異常性と構造の関係を系統的に調査する。特に平成27年度は過剰エントロピーと拡散係数などの動力学の関係にターゲットを絞って解析し、高温の液体状態とは異なるガラスの遅いダイナミクスの起源について明らかすることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画通り予算執行を行ったが、研究打ち合わせを電子会議で置き換えたこともあり、旅費支出が予定より若干少なくなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究推進のための研究打ち合わせは適宜行い、また学会や研究会での発表を積極的に行う予定である。
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