New liquid state physics based on the breakdown of local spatial symmetry

基于局域空间对称性破缺的新液态物理

基本信息

批准号：
18H03675
负责人：
田中肇
金额：
$ 28.2万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ガラス転移をめぐる大きな論争の種は、液体の構造が粘性の増大に重要な働きをしているか否かという点である。液体を構成する粒子間に引力と斥力の作用が存在するLennard-Jonesポテンシャルと、その斥力部分だけを取り出したWCAポテンシャルで相互作用する２つの液体のシミュレーション結果を比べると、X線などで観察される構造因子は全く変わらないのに、ダイナミクス（粒子運動）の遅くなり方は２つの系で大きく異なることが報告され、ダイナミクスを決める上で構造が重要ではない証拠と考えられてきた。今回、我々が過去に導入した「局所的なパッキング能が高い粒子配置構造」を用いて２つの系の構造を比べたところ、実は構造が大きく異なることが明らかになり、引力相互作用が液体の構造を大きく変え、その結果、ダイナミクスにも多大な影響を与えていることを発見した。今回の成果は従来の常識に反し,液体の構造を決めるには２体相関では不十分であり、３体以上の多体相関が不可欠であることを示したといえる。本研究の成果は、液体の構造を記述するには角度情報が不可欠であること、さらには、長年の謎であったガラス転移に伴う粘性の増大が、液体の構造化にあることを示唆しており、液体の理解に大きなインパクトを与えるものと期待される（Phys. Rev. Lett.に発表）。また、コロイド系の一粒子レベル観察により、結晶多形を示す系の結晶化過程において、どのように最終構造が形成されるかを明らかにすることに成功した。液体の中でできては消える局所的に安定な構造の存在下で、結晶化初期には、さまざまな結晶構造を内包した結晶の核が形成されるが、これらの構造が競合しながら、時間とともにより安定な結晶が徐々に発達し安定化されていく機構を明らかにした点に新規性がある（Sci. Adv.に発表）。

玻璃转变的主要争议是液体的结构在提高粘度中是否起着重要作用。当比较与Lennard-Jones潜力相互作用的两种液体的模拟结果时，吸引和排斥的作用在组成液体的颗粒之间存在，而仅提取排斥部分的WCA潜力，据报道，据报道，动力学（动力学）的缓慢（动力学）在两种系统之间存在显着差异，并且IT在结构之间存在很大的不同之处在于确定的动力学是重要的。当我们使用过去引入的“具有较高局部填充能力的粒子布置结构”比较两个系统的结构时，发现结构实际上截然不同，我们发现有吸引力的相互作用显着改变了液体的结构，这反过来又对动力学产生了重大影响。本文的结果与常规智慧相反，表明两体相关性不足以确定液体的结构，并且三个或更多物体的多体相关性至关重要。这项研究的结果表明，角度信息对于描述液体的结构至关重要，并且与玻璃过渡相关的粘度增加的长期神秘取决于液体的结构，并且预计它将对理解液体产生重大影响（在Phys。Rev.Lett。发表）。此外，通过观察胶体系统的单个粒子水平，可以成功阐明在表现出晶体多态性的系统的结晶过程中如何形成的最终结构。在存在液体中形成和消失的局部稳定结构的情况下，在结晶的早期阶段就形成了包含各种晶体结构的晶体的核，但新颖性是它揭示了这些结构竞争的机制，并且随着时间的流逝，这些结构逐渐发展并稳定在Sci。中逐渐发展和稳定。

项目成果

期刊论文数量（101）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Externally driven local colloidal ordering induced by a pointlike heat source

由点状热源引起的外部驱动的局部胶体排序

DOI：
10.1103/physrevresearch.1.033200
发表时间：
2019
期刊：
Physical Review Research
影响因子：
4.2
作者：
Bruot Nicolas;Tanaka Hajime
通讯作者：
Tanaka Hajime

Structural predictor for nonlinear sheared dynamics in simple glass-forming liquids

DOI：
10.1073/pnas.1711655115
发表时间：
2018-01-02
期刊：
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子：
11.1
作者：
Ingebrigtsen, Trond S.;Tanaka, Hajime
通讯作者：
Tanaka, Hajime

The anomalies and criticality of liquid water