The microscopic origin of slow dynamics and non-equilibrium phase transition in structural glass systems from the viewpoint of dynamic facilitation

从动态促进的角度探讨结构玻璃体系中慢动力学和非平衡相变的微观起源

基本信息

批准号：
20K03785
负责人：
礒部雅晴
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

「ガラス・ジャミング転移」それらの類似性に着目した「遅い緩和」の神秘な物性について記述する統一的（普遍的）枠組みに関する研究が精力的に行われている．しかし，未だ，決定的な概念や理論が存在せず多くの理論や方法論が創生され，世界中の研究者を魅了し続けている．代表者は，剛体球系の高速Event-Driven分子動力学法(EDMD:1999)とEvent-Chainモンテカルロ法(ECMC:2009)を融合させた「Event-Based Hybrid高速アルゴリズム」(2016)を用い，局所構造解析をする方法論を開発し国際研究協力体制にて，構造ガラス系の遅い緩和の「微視的起源」と「非平衡相転移」を「動的ファシリテーション」の観点から解明をめざしている．令和4年度は研究計画の3年目であり，昨年の成果を基礎に研究を発展させた．(I)「分子の局所構造解析」：高密度多成分剛体円板系の厳密な高速自由体積計算(NELF-A)法を開発し圧力計算を従来法と比較検証した。また応用例として，inherent構造を計算する方法論を確立した．(II)「平衡緩和」： ECMC法やNewtonian ECMC(NEC)法の緩和過程や拡散特性の効率性の違いに着目し微視的機構を系統的に調べた．NECは，液相での拡散や結晶相からの融解で明確な「平衡緩和」効率の優位性が確認された．また固液相転移点(Alder転移点以上)の高密度系において生じるHopping拡散（緩和）においても優位性があることがわかった．(III)「構造ガラス系のファシリテーション」：ガラス転移点近傍の準空隙駆動「ひも状のホッピング連鎖」協働運動と構造（自由体積）の相関を系統的に調べた．また，排除体積効果と非平衡流の協働現象を調べるため高密度剛体円板の自己駆動粒子(Vicsek)系の相図を作成し，相転移点のシフトと微視的機構を調べた．

目前正在积极研究一个统一的（通用）框架，用于描述“玻璃干扰转变”和“缓慢松弛”的神秘物理特性，重点关注它们的相似之处。然而，仍然没有明确的概念或理论，并且已经创建了许多理论和方法，这些理论和方法继续让世界各地的研究人员着迷。代表是“基于事件的分子动力学方法”，它是硬球系统快速事件驱动分子动力学方法（EDMD：1999）和事件链蒙特卡罗方法（ECMC：2009）的融合。我们使用“混合高速算法”（2016）开发了一种局部结构分析方法，并在国际研究合作系统中研究了结构玻璃系统中缓慢弛豫的“微观起源”以及“非平衡相变”。我们的目的是从“促进”的角度来阐明这一点。 2020财年是研究计划的第三年，我们在去年的成果的基础上开展了研究。（一）“分子的局部结构分析”：我们针对高密度多组分刚性磁盘系统开发了严格的高速自由体积计算（NELF-A）方法，并通过与常规方法进行比较来验证压力计算。作为一个应用示例，我们建立了一种计算固有结构的方法。（二）“平衡弛豫”：我们通过关注ECMC方法和牛顿ECMC（NEC）方法的弛豫过程效率和扩散特性的差异，系统地研究了微观机制。 NEC被证实在液相扩散和结晶相熔化的“平衡弛豫”效率方面具有明显优势。还发现它在固-液相变点（高于阿尔德转变点）的高密度系统中发生的跳跃扩散（松弛）方面具有优势。（三）“结构玻璃系统的促进”：我们系统地研究了玻璃化转变点附近的准空隙驱动的“弦状跳跃链”协同运动与结构（自由体积）之间的相关性。此外，为了研究排除体积效应和非平衡流动的协同现象，创建了高密度刚性盘自驱动粒子（Vicsek）系统的相图，并分析了相移研究了转变点和微观机制。