ぎゅうぎゅう詰めにされた粒子群の構造的特徴

東京大学 生産技術研究所の田中 肇 教授、トン フア 博士研究員、安徽大学（中国）のフー ハオ教授、復旦大学（中国）のタン ペン 教授、中国科学技術大学のシュー ニン教授の研究グループは、球形粒子を詰め込んだ乱れた構造を持つ固体状態（ジャミング状態）に、どのような構造的な特徴が潜んでいるかについて研究を行った。粒子がぎゅうぎゅうに詰め込まれると、満員電車の中の人のように互いが押し合うことで身動きが出来なくなり、粒子の集合体は固体のように振る舞うことが知られている。しかし、このようなジャミング状態がどのような構造的特徴を持つかは、その乱れた構造のため、これまで謎に包まれていた。今回、粒子の周りの局所的な柔らかさの指標として新たに導入した「振動感受率」という物理量が、粒子のある場所の局所的な振動のしやすさの情報を持つだけでなく、他の場所の振動のしやすさと相関を持ち、しかもそれが全系にわたっていることを見出した。このことは、たとえ構造が乱れた状態でも、結晶の端を押すとその力がどこまでも伝わるのと同様に、系全体が力学的には端から端までつながっていることを意味し、系が弾性を持つことと関係していると考えられる。この結果は、乱れた構造をもつ固体状態がどのような構造的、力学的特徴を持つか、また、外力下でどのように変形するかについての基礎的理解に貢献することが期待される。

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本成果は２０１９年５月３１日（米国東部夏時間）に「Physical Review Letters」のオンライン速報版で公開された。