時空間スケーリングに基づいた過冷却液体のガラス転移機構の解明

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これまで、パルス誘導光散乱法により、励起した密度揺らぎの時間変化を特徴づける2つの緩和時間(密度揺らぎの緩和時間と熱緩和時間)は、それぞれ、ガラス転移温度よりも数十度も高い温度において最大値を示すことを観測してきた。こうした性質は物質の分子間相互作用の種類などによらず普遍的に観測される。前年度までの考察から、2つの緩和時間のうち、密度揺らぎの緩和時間の温度依存性については、過冷却液体中に密度揺らぎの相関長が存在すると考えることにより説明できることがわかっている。そこで、もう一方の、熱緩和時間の温度依存性についても、相関長と関連づけた考察を行った。その結果、熱緩和時間の温度依存性も、密度揺らぎの相関長の存在により次のように説明できることがわかった。熱緩和時間はフォノンの平均自由行程を反映する。相関長はフォノンの散乱原因となりうるから、温度の低下とともに相関長が成長するにつれ、散乱されるフォノンの種類が増え、フォノンの平均自由行程が小さくなり熱緩和時間が長くなる。ところが、相関長が増大してパルス誘導光散乱の測定スケール(2π/測定波数)を越えてしまうと、測定スケールの外側で散乱されるフォノンの平均自由行程への寄与は観測できなくなる。その結果、低温では相関長の影響で散乱されるフォノンが見かけ上なくなり、温度の低下とともに熱緩和時間が長くなるのではなく、熱緩和時間が低温でふたたび短くなる。以上より、パルス誘導光散乱によって観測した密度揺らぎの緩和の特異な温度依存性は、2つの緩和過程ともに、過冷却液体中に存在する密度揺らぎの相関長の発達を反映しているものであると考えると、矛盾なく説明できることがわかった。つまり、従来ナノメーター程度であると報告されてきたものよりはるかに大きな、マイクロメーター程度の空間相関が過冷却液体中に存在することを強く示唆する結果を得た。