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物性物理学：硫黄における液体–液体相転移と臨界点
Nature 584, 7821 doi: 10.1038/s41586-020-2593-1
単一成分の液体の相が一次相転移によって別の液相に変換される液体–液体相転移（LLT）は、液体の状態に関する我々の認識を変えた興味深い現象である。LLTは、水、ケイ素、二酸化炭素、炭素、水素、窒素のコンピューターシミュレーションから予測されている。実験的証拠の大半は、Y2O3–Al2O3混合物や水などの分子性液体の過冷却（すなわち準安定）液体において見いだされている。しかし、過冷却液体のLLTは結晶化と同時に起こることが多いため、これら2つの現象を分離することが困難である。気体–液体臨界点と同様に、液体–液体臨界点（LLCP）は、一部には、低密度液体と高密度液体を分けるLLT線の終端に予測されているが、実験的にはまだどの物質でも観測されていない。この推定上のLLCPを引き合いに出して、水の熱力学的異常が説明されてきた。今回我々は、密度、X線回折、ラマン散乱のin situ測定を併用することによって、硫黄における一次LLTとLLCPの直接的証拠が得られたことを報告する。この変換は、低密度液体と高密度液体の間での急峻な密度ジャンプとして現れ、二体相関分布関数における明瞭な特徴によって明らかになった。我々は、温度上昇に伴う密度ジャンプの非単調な変化を観測した。すなわち、密度ジャンプは、臨界点から離れると最初は拡大するが、その後縮小に転じたのである。この挙動は、転移駆動における密度とエントロピーの競合効果と関連付けられた。硫黄における一次LLTと臨界点の存在は、水などの重要な液体の異常な挙動に関する知見をもたらす可能性がある。
