物性セミナー/2026-1-23

2025年 冬学期 第８回 物性セミナー

 講師 水野 英如 氏 (東大総合文化)

 題目 窓ガラスをジャミングの物理で理解する

 日時 2026年 1月 23日(金) 午後4時50分-6時15分程度

 場所 16号館 827　およびオンライン

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アブストラクト

砂場の砂を手に取り、ギュッと握って固めると砂団子を作ることができる。サラサラしていた砂が密に詰まることで、剛性をもった固体（砂団子）へと変化する。これは「ジャミング転移」と呼ばれる現象であり、流体から固体への転移現象として理解される。 その基本的な機構は、粒子間のコンタクト数によって説明できる。コンタクト数が増えると、系の自由度が拘束によって制限され、粒子が動けなくなって流動できず、固まる。この状況は、満員電車でギュウギュウ詰めになり身動きが取れなくなる様子にもたとえられる。

この単純な考え方は、原子・分子からなるガラスにも適用できる。とくに共有結合性ガラスでは、自由度に対してボンド（共有結合）による拘束がどの程度過剰かを評価することで、剛性だけでなく振動状態にまで踏み込んだ理解が可能となる。 本セミナーでは、窓ガラスを代表例とするシリカガラスを取り上げ、ジャミングの物理を用いてその性質を説明する。シリカ（SiO2）ガラスはシリコン原子と酸素原子からなるガラスであり、実は自由度と拘束数が一致するジャミング転移点（固体—流体転移点）の直上に位置する物質である。本講演では、この「等拘束性（isostaticity）」に基づき、シリカガラスの低周波振動（ボゾンピーク）を説明する枠組みを紹介する。

[1] H. Mizuno, T. Mori, G. Baldi, E. Minamitani, “Boson peak in covalent network glasses: Isostaticity and marginal stability,” arXiv:2508.20481.

宣伝用ビラ

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