Letter 材料：高密度充填された四面体の無秩序相、準結晶相および結晶相 2009年12月10日 Nature 462, 7274 doi: 10.1038/nature08641 すべての硬い凸形状体は、最高充填率φ = π/√18 ≈ 0.7405の球よりも高い密度で充填されることが、数学者Ulamによって推測されている。多くの形状体は、単純な格子充填によって容易にこの充填率を超える。正四面体の場合、つい最近になってこの推測が正しいことが示された。すなわち、幾何学的構築によって、φ = 0.7786の規則正しい配列が得られた。この数値は次にφ = 0.7820にまで圧縮されたが、一方で、異なる初期条件での圧縮によりφ = 0.8230が得られた。今回我々は、四面体を全く予想外の方法で、さらに高密度に充填できることを示す。概念的に異なる方法をとり、高密度状態に向かって系が自然に進化することを可能にする熱力学的コンピューターシミュレーションを用いて、硬い四面体の流体が12回対称準結晶に一次相転移することを見いだした。これは、充填率φ = 0.8324まで圧縮できる。この準結晶の近似結晶の圧縮によって、最高充填率φ = 0.8503が得られた。この系は、準結晶形成が抑制されると無秩序のままでジャミングし、φ = 0.7858まで圧縮される。ジャミングと結晶化の両者に先行して、独立した四面体の単純流体から双五角錐の高密度充填局所モチーフに配列した四面体という特徴をもつ複雑流体へのエントロピー駆動転移が起こり、これらの双五角錐は転移時にパーコレーティングネットワークを形成する。ここで報告している準結晶は、硬い粒子や非球形粒子から形成される準結晶の初の例である。今回の結果は、粒子形状とエントロピーによって、非常に複雑な秩序構造が形成されうることを実証している。 Full Text PDF 目次へ戻る
