Thermodynamic study of the glass transition in a lattice gas model

晶格气体模型中玻璃化转变的热力学研究

基本信息

批准号：
22K13968
负责人：
西川宜彦
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13968/
关键词：
ガラス転移モンテカルロシミュレーション

项目摘要

2022年度は、当研究計画の要である格子ガラス模型において、基本的な性質であるガラス転移温度付近の動力学的性質について数値シミュレーションを用いて詳細に調べたほか、効率的なシミュレーションを行うためのプログラムの開発を行なった。はじめに各粒子の移動距離に注目し、その分布の時間と温度依存性に注目した。十分高温での分布はどの時間でもガウス分布に従う。これは粒子の動力学が通常の拡散的であることを示唆する。ところが低温では短時間での移動距離の分布が非ガウス的になり、ガラス転移温度に近づくにつれて、ほとんど移動していない粒子と非常に長距離を移動する粒子が共存し、分布は非常に長い裾と鋭いピークを持つことがわかった。これは通常ガラス転移の研究で用いられる粒子模型で見られる分布と共通しているが、格子ガラス模型ではさらに強い非ガウス性を持つ。この非ガウス性を理解するため、ガラス転移温度付近での動力学をさらに詳細に調べたところ、複数の粒子から構成されるクラスターが現れ、それが実空間中を非常に速く移動していることがわかった。このクラスターを構成する粒子は時間に対して一定ではなく、多くの粒子に跨がりながら位置を変える準粒子とも言える性質を持ち、この準粒子が粒子の運動を促進することで上記の非常に強い非ガウス性が現れることがわかった。さらに長時間領域では、粒子の協同運動による構造緩和が起こり、その動的な長さスケールが低温に向かって強く増大、また緩和時間が長さスケールに対して指数的に依存することがわかった。動的な長さスケールに加えて、熱力学的な長さスケールの推定も行なったところ、動的な長さスケールの増大と強い相関をもつことが明らかになった。これは熱力学が低温での遅い動力学をコントロールすることを示唆する結果である。

2022年度，我们利用数值模拟详细研究了作为本研究计划核心的晶格玻璃模型的基本性质的玻璃化转变温度附近的动态性质，并进行了高效模拟的研究。程序已开发。首先，我们关注每个粒子行进的距离，并关注其分布对时间和温度的依赖性。在足够高的温度下，分布在任何时候都遵循高斯分布。这表明粒子动力学通常是扩散的。然而，在低温下，短时间内迁移距离的分布变得非高斯分布，而当接近玻璃化转变温度时，几乎不移动的粒子与移动很长距离的粒子共存，分布变得非常长尾发现有一个尖峰。这种分布与玻璃化转变研究中常用的粒子模型类似，但晶格玻璃模型具有更强的非高斯特性。为了理解这种非高斯性，我们更详细地研究了玻璃化转变温度附近的动力学，发现由多个粒子组成的簇出现了，并且在我理解的真实空间中移动得非常快。组成这个团簇的粒子并不是随时间恒定的，而是具有准粒子的性质，可以在许多粒子之间改变其位置，并且这种准粒子促进粒子的运动，从而产生极强的非高斯性。出现。此外，在长时间区域，由于粒子的协同运动而发生结构弛豫，并且动态长度尺度向低温强烈增加，并且发现弛豫时间与长度尺度呈指数关系。除了动态长度尺度之外，我们还估计了热力学长度尺度，发现与动态长度尺度的增加有很强的相关性。这一结果表明热力学控制低温下的慢动力学。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

2次元空間中の柔らかい粒子が示す融解転移

软粒子在二维空间中表现出的熔化转变

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nishikawa Yoshihiko;Krauth Werner;Maggs A. C
通讯作者：
Maggs A. C

Hard-disk pressure computations?a historic perspective

硬盘压力计算？历史视角

DOI：
10.1063/5.0126437
发表时间：
2022
期刊：
The Journal of Chemical Physics
影响因子：
0
作者：
Li Botao;Nishikawa Yoshihiko;Hoellmer Philipp;Carillo Louis;Maggs A. C.;Krauth Werner
通讯作者：
Krauth Werner

University of Cambridge(英国)

剑桥大学（英国）