ガラスを破壊から守る原子の集団運動を発見 より破壊に強いガラスの創製への貢献に期待

ガラスを破壊から守る原子の集団運動を発見より破壊に強いガラスの創製への貢献に期待

2024年12月 2日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科　物理学専攻
准教授　斋藤　真器名（さいとう　まきな）

【発表のポイント】

ガラス中でおこる新しい原子の集団运动を発见しました。
原子の集団运动によりガラスが破壊から守られる仕组みを解明しました。
破壊に强いガラスの创製など、広いガラス関连产业分野に波及効果があると期待されます。

【概要】

ガラスに外力をかけたとき、内部では応力が発生し、この応力にガラスが耐えられなくなると破壊に至ります。一方、原子?分子の运动によりガラス中の応力が缓和することで、ガラスがより破壊に强くなることが知られています。しかしガラス内部では一部の原子が近傍の隙间にジャンプ运动していることが分かっていますが、このジャンプ运动が具体的にどのように応力を缓和しているかは良く分かっておらず、ガラス分野の重要な未解决问题の一つでした。

东北大学大学院理学研究科の斋藤真器名准教授を中心とした研究グループは、同大学大学院理学研究科の若林裕助教授、京都大学复合原子力科学研究所の瀬戸诚教授と同大学大学院理学研究科の荒木武昭准教授、岛根大学材料エネルギー学部の尾原幸治教授、物质?材料研究机构の小野寺阳平主任研究员、公益财団法人高辉度光科学研究センターの依田芳卓主干研究员らと共同で、ガラスのモデル系として知られるイオンガラス中の原子构造と运动を、放射光実験と计算机実験で精密に调べました。その结果、原子のジャンプ运动のほかに、ジャンプ运动によりできたわずかな隙间を埋めるように、周囲の数十个の原子集団がじわじわ移动する、新しいタイプの原子运动を発见しました。さらに、ナノ（10亿分の1）秒からマイクロ（100万分の1）秒の间に原子がジャンプ运动と集団运动を繰り返すことでガラスに加えられた力が缓和し、ガラスが破壊から守られることが分かりました。今回の発见は、破壊に强いガラスの创製につながるなど、ガラス関连产业分野に広く波及効果があります。

本研究成果は、2024年12月2日に無機材料工学の分野の専門誌Acta Materialiaに掲載されました。

図1：ガラスの内部の応力の时间変化と、原子构造の部分的な変化の概念図

【论文情报】

タイトル：Discovery of collective nonjumping motions leading to Johari-Goldstein process of stress relaxation in model ionic glass
著者： Makina Saito*, Takeaki Araki, Yohei Onodera, Koji Ohara, Makoto Seto, Yoshitaka Yoda, Yusuke Wakabayashi
*責任著者：东北大学大学院理学研究科物理学専攻　准教授　齋藤真器名
掲載誌：Acta Materialia
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