時空階層性の物理学:単純液体からソフトマターまで

时空层次物理学：从简单液体到软物质

基本信息

批准号：
25000002
负责人：
田中肇
金额：
$ 306.84万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2018
项目状态：
已结题

项目摘要

1. 水の物理に関して : (1)水の熱力学・動力学異常について研究を行い、両者が構造秩序変数そのものとそれを隣接分子まで空間的に粗視化したものによりそれぞれあらわされることを見出した。これは、両者の起源がともに局所的な正四面体構造形成に起因していることを強く示唆しており、我々の提唱する2状態モデルを強く支持する結果である。(2)また、水とシリカはともに正四面体構造をとるが、ガラス形成能に関しては、両者は極端に異なる性質を示す。その原因が、水における水素とシリカにおける酸素の空間配列の乱れの度合いの相違からきていることを発見した。2. 液体・液体転移に関して : 亜リン酸トリフェニルにおいて、液体・液体転移の可逆性を初めて明らかにするとともに、ダイナミクスを誘電緩和スペクトル測定により実時間追跡することに成功した。その結果は、我々の提唱する二秩序変数モデルの予測と一致した。3. ガラス転移現象に関して : (1)これまで局所的に安定な構造が未知であった、2成分粒子系において、局所的なパッキング能を定量化することで、隠れた構造秩序構造をあぶりだすことに成功し、温度低下とともに、その構造の相関長が動的不均一性の相関長とコヒーレントに成長することを見出した。これは、過冷却液体の示す遅いダイナミクスの背景に構造秩序の発達があるという、我々の提唱するシナリオを強く支持する結果である。(2)ガラス状態にある物質のエイジング、結晶化について研究を行い、固体ガラス状態において進行する遅い過程が、粒子の連続的な運動ではなく、雪崩的な運動により誘起されることを見出した。さらに、その背景に、粒子間の力のバランスにより自己組織的に形成される力鎖のネットワーク構造があることを見出した。(3)ずり流動下で過冷却液体の粘性が減少するいわゆるシアシニング現象の背景に、液体の構造変化があることを明らかにした。特にずりにより引き延ばされる方向の構造エントロピーが、重要な構造指標であることを発見した。4. 結晶化に関して : (1)水の新しい準安定な氷を発見し、氷の各形成において前駆体として働くことを明らかにした。(2)二つの結晶相への結晶化の競合により結晶化が阻害される原因が、その付近で結晶的な回転対称性の破れの度合いが低下し、そのため界面エネルギコストが上がり結晶核形成に対するエネルギー障壁が上がるためであることを見出した。5. 非線形流動に関して : (1)せん断流れ下にある液体の壁面でのスリップの新しい機構を発見した。(2)高密度な粉体が液体中に分散した系において、その動的な挙動が流体に非圧縮性により大きな影響を受けている証拠を見出した。6. ソフトマターに関して : (1)コロイド分散系の相分離を任意パラメータなしに数値シミュレーションにより再現することに成功するとともに、ドメインの粗大化の新しい法則を発見した。(2)多孔質中の相分離のモルフォロジーを決定する物理機構を明らかにした。(3)コロイドの濃厚分散系に存在すると信じられてきた引力ガラス状態が、実はガラスではなく、空間的な不均一性を持つゲル状態であることを見出した。(4)共焦点レーザ顕微鏡による実験により、ゲル化における運動凍結の起源がガラス化の場合と結晶化の場合があることを明らかにするとともに、それを制御している物理因子を明らかにした。以上のように液体・ソフトマターの時空階層性に関して多くの基本的な問題を解明することに成功した。

1.关于水的物理：（1）我们研究了水的热力学和动力学异常，发现两者分别由结构序变量本身及其对相邻分子的空间粗粒度值来表达。这有力地表明两者的起源都是由于规则四面体结构的局部形成，并且是有力支持我们提出的双态模型的结果。 (2)虽然水和二氧化硅都具有规则的四面体结构，但它们在玻璃形成能力方面表现出截然不同的性质。他们发现，造成这种情况的原因是水中的氢和二氧化硅中的氧的空间排列的无序程度不同。 2.关于液-液转变：我们首次揭示了亚磷酸三苯酯液-液转变的可逆性，并通过测量介电弛豫谱成功地实时跟踪了动力学。结果与我们的二阶变量模型的预测一致。 3.关于玻璃化转变现象：（1）通过量化二元粒子系统中的局部堆积能力，揭示隐藏的结构有序结构，迄今为止，局部稳定的结构一直是未知的，我们成功地发现结构的相关长度增长。随着温度降低，与动态异质性的相关长度一致。这一结果有力地支持了我们提出的假设，即过冷液体的缓慢动力学是由于结构秩序的发展造成的。（2）我们对玻璃态材料的老化和结晶进行了研究，发现固态玻璃态中进行的缓慢过程是由类雪崩运动而不是连续的粒子运动引起的。此外，我们发现这种现象的背后存在着由于粒子之间力的平衡而自组织的力链网络结构。 (3)揭示了所谓的剪切稀化现象，即过冷液体在剪切流下粘度降低，是由于液体的结构变化所致。特别是，我们发现剪切伸长方向上的结构熵是一个重要的结构指标。 4. 关于结晶：（1）我们发现了一种新的亚稳态水冰，并阐明它是每次冰形成的前体。 (2)由于两个结晶相之间的竞争而抑制结晶的原因是，附近晶体旋转对称破缺的程度降低，这增加了界面能量成本并抑制了晶体成核。能量势垒的增加。 5.关于非线性流动：（1）我们发现了剪切流下液体壁滑移的新机制。 (2) 在致密粉末分散在液体中的系统中，我们发现证据表明流体的不可压缩性对动态行为有很大影响。 6.关于软物质：（1）我们成功地在不使用任意参数的情况下通过数值模拟再现了胶体分散体系的相分离，并且还发现了新的磁畴粗化定律。 (2)阐明了决定多孔材料相分离形貌的物理机制。 (3)我们发现，人们认为存在于密集分散的胶体体系中的有吸引力的玻璃态实际上不是玻璃，而是具有空间不均匀性的凝胶态。 (4)利用共焦激光显微镜进行的实验表明，凝胶化过程中运动冻结的根源是玻璃化或结晶，以及控制它的物理因素。如上所述，我们成功地阐明了有关液体和软物质时空层次结构的许多基本问题。

项目成果

期刊论文数量（311）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Assessing the role of static length scales behind glassy dynamics in polydisperse hard disks

DOI：
10.1073/pnas.1501911112
发表时间：
2015-06-02
期刊：
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子：
11.1
作者：
Russo, John;Tanaka, Hajime
通讯作者：
Tanaka, Hajime

Mean-field dynamic criticality and geometric transition in the Gaussian core model

高斯核心模型中的平均场动态临界性和几何转变

DOI：
10.1103/physreve.93.042602
发表时间：
2016
期刊：
PHYSICAL REVIEW E
影响因子：
2.4
作者：
Daniele Coslovich;Atsushi Ikeda and Kunimasa Miyazaki
通讯作者：
Atsushi Ikeda and Kunimasa Miyazaki

Common microscopic structural origin for water’s thermodynamic and dynamic anomalies

水的热力学和动力学异常的常见微观结构起源

DOI：
10.1063/1.5055908
发表时间：
2018
期刊：
The Journal of Chemical Physics
影响因子：
0
作者：
Shi Rui;Russo John;Tanaka Hajime
通讯作者：
Tanaka Hajime

Equilibrium phase diagram of a randomly pinned glass-former

DOI：
10.1073/pnas.1500730112
发表时间：
2014-12
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
0
作者：
M. Ozawa;W. Kob;A. Ikeda;K. Miyazaki
通讯作者：
M. Ozawa;W. Kob;A. Ikeda;K. Miyazaki

Bristol University(英国)

布里斯托大学（英国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

DOI：
{{ item.doi }}
发表时间：
{{ item.publish_year }}
期刊：
{{ item.journal_name }}
影响因子：
{{ item.factor }}
作者：
{{ item.authors }}
通讯作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

田中肇其他文献

地質情報と物理探査情報の接点-仙台市西部白沢カルデラの地熱資源探査-

地质信息与地球物理勘探信息的交汇 - 仙台市西部白泽破火山口地热资源勘探 -

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Juan Diego Fonseca;Guido Grause;Tomohito Kameda;Toshiaki Yoshioka;田中肇;土屋範芳
通讯作者：
土屋範芳

熱発光法による仙台市西部白沢カルデラの地熱徴候探査

利用热释光法探索仙台市西部白泽火山口的地热迹象

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
道川武紘;上田佳代;竹内文乃;木下誠;林宏巳;市瀬孝道;新田裕史;田中肇;齋藤遼一・平野伸夫・土屋範芳・梶原竜哉・宍倉美里・赤塚貴史
通讯作者：
齋藤遼一・平野伸夫・土屋範芳・梶原竜哉・宍倉美里・赤塚貴史

A Routing Strategy for Inductive-Coupling Based Wireless 3-D NoCs by Maximizing Topological Regularity

基于电感耦合的无线 3-D NoC 最大化拓扑规则的路由策略

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
道川武紘;上田佳代;竹内文乃;木下誠;林宏巳;市瀬孝道;新田裕史;田中肇;齋藤遼一・平野伸夫・土屋範芳・梶原竜哉・宍倉美里・赤塚貴史;畑　憲治・川上和人・可知直毅;Hao Zhang
通讯作者：
Hao Zhang

外来樹木の駆除は乾燥に伴う土壌含水量の減少速度を小さくする

移除非本地树木可以降低因干燥而导致的土壤含水量下降的速度。

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
道川武紘;上田佳代;竹内文乃;木下誠;林宏巳;市瀬孝道;新田裕史;田中肇;齋藤遼一・平野伸夫・土屋範芳・梶原竜哉・宍倉美里・赤塚貴史;畑　憲治・川上和人・可知直毅
通讯作者：
畑　憲治・川上和人・可知直毅

都市部沿岸域における下水道由来の窒素動態について－大阪湾奥部に着目して－

关于城市沿海地区下水道氮的动态 - 以大阪湾内部为中心 -

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
道川武紘;上田佳代;竹内文乃;木下誠;林宏巳;市瀬孝道;新田裕史;田中肇;齋藤遼一・平野伸夫・土屋範芳・梶原竜哉・宍倉美里・赤塚貴史;畑　憲治・川上和人・可知直毅;Hao Zhang;齋藤光代・小野寺真一・金広哲・谷口正伸・清水裕太
通讯作者：
齋藤光代・小野寺真一・金広哲・谷口正伸・清水裕太