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2次元ガラスにおける無限振幅の音波ゆらぎの発見

 東北大学金属材料研究所の芝隼人特任助教らは、2次元に自由度が制約されたガラス固体では、結晶性物質と同じしくみで莫大な音波ゆらぎの増幅が生じることを、自然科学研究機構計算科学研究センターのスーパーコンピュータを用いたシミュレーション計算により世界で初めて見出しました。
 ガラス物質は液体のように乱れた原子配列を保ちながら、固体の性質である硬さも伴います。そのため、ガラス物質が示す性質のうち、結晶(規則正しい原子配列を持つ物質)の性質とどこまでが共通し、どこが異なるのか、長い間検討されてきました。
 本研究は、原子配列に秩序のない2次元アモルファス固体でも、2次元結晶と同様に巨大な音波ゆらぎが発生するということを示した初めての報告です。本研究グループは、ガラス固体の理論的理解において想定されていなかった音波振動が結晶と同様の振る舞いを見せるということを示しました。すなわち、もともとの弾性の低い2次元ガラスでは、熱や変形などによって生じるゆらぎが発散することが見いだされました。また、このゆらぎを分離して、本来のガラスの遅い緩和の原因となる粒子の協調再配置運動を解析する方法を提案しました。
 本成果は低次元の分子の自由度が主要な役割を果たすソフトマターを始めとする物質のゆらぎについて、今まで見過ごされてきた新たな物性を提案するものであり、また広い意味でのガラス物質の今後の物性解明に大きく寄与する成果です。

掲載誌:Physical Review Letters
論文タイトル:“Unveiling dimensionality dependence of glassy dynamics: 2D infinite fluctuation eclipses inherent structural relaxation"
著者:Hayato Shiba, Yasunori Yamada, Takeshi Kawasaki, and Kang Kim
doi:10.1103/PhysRevLett.117.245701