物性物理学：二次元ガラス形成液体におけるケージ形成の精密解析

ガラス形成液体は、冷却に伴い、その構成粒子のダイナミクスが液体的なものから固体的なものへと変化する。得られるガラス状物質の固体性は、個々の粒子の運動が隣接粒子によって次第に制約されていくケージ形成過程に起因すると考えられている。この過程は、ガラス形成液体が最初にガラス状ダイナミクスの兆候を示す温度（または粒子密度）で始まるが、ケージ形成機構の詳細はまだよく分かっていない。今回我々は、二次元コロイド懸濁液（ガラス形成液体）においてケージ形成を粒子レベルで調べた。我々は、集束レーザーを用いて懸濁液に粒子レベルで摂動を加え、ビデオ顕微鏡を用いて系の非線形動的応答を観察した。その結果、我々が検討した全ての可観測量は、粒子密度の関数として非単調に応答し、ガラス状ダイナミクスが初めて観察される密度で最大になった。我々は、この最大応答が、粒子が協同的に運動するドメインの出現によって定量化される、ケージ形成に起因するものであることを突き止めた。粒子密度がさらに増大すると、こうした局所的ドメインはますます硬くなり、マクロスケールの粒子ダイナミクスを支配するようになる。今回のマイクロスケールのレオロジー変形手法によって、ガラス形成液体におけるケージ形成がそうしたドメインの合体と直接関係していることが実証され、液体からガラス状物質への変化における第一段階が明らかになった。

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