阪大,ガラス状態の特異な力学現象を実証

大阪大学は,ガラス状態を圧縮するとエネルギー地形の複雑な分裂が起こり,これを反映した特異な力学現象が起こることを世界で初めて実証した(ニュースリリース)。

身近にある「窓ガラス」だけでなく,「液体」を急冷あるいは急圧縮すると「結晶」ではなく「ガラス」(アモルファス固体)ができる例が,自然界にも工業製品にも数多く見られる。

ガラスは結晶と同様に硬く固体だが,結晶は原子・分子が規則的に並んでいるのに対し,ガラスは液体と同じように無秩序に存在する。最近,この無秩序な固体であるガラスをさらに圧縮していくと,ある臨界圧力でエネルギー地形が複雑化(ガードナー転移)するという驚くべき理論的予言がなされた。

さらに圧縮を続けるとある密度で圧力が無限大になる,ジャミング状態と呼ばれる状態に達するが,理論によればそこに至る前にこのガードナー転移が起こると予想されている。

研究では,「剛体球」という、パチンコ玉のように互いに反発力しか働かない最も単純な粒子の集団を高密度まで圧縮したものを用いて,①「圧縮」してから「シア」をかける数値実験(ZFC),②この順番を逆にした数値実験(FC)の2つの数値実験を行ない,復元力を比べた。

その結果,臨界圧力以上でZFC/FCの2つに違いが現れることが明らかになった。これはすなわち,ガラス状態の圧縮によってエネルギー地形の複雑な分裂が起こり,復元力が強く残るガラス状態(ZFC),弱くしか残らないガラス状態(FC)が作れることを意味するという。

この研究成果により,幅広く見られるガラス(アモルファス固体)の最深部の理解が進み,ガラスの物理学および材料工学の発展に寄与することが期待されるとしている。

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