材料科学：圧縮シリカガラスにおけるパーコレーション転移

一般に、圧力下のアモルファス–アモルファス転移（非晶質–非晶質転移）は、低配位数の多面体からより高い配位数の多面体への局所構造の変化によって説明される。しかし、臨界しきい値におけるスケール不変性の概念が検討されていないため、こうした転移が、関連する結晶や液体における真の相転移と同様の挙動を示すかどうかは、まだよく分かっていない。今回我々は、圧縮シリカ（SiO₂）ガラスのab initio計算の結果について報告し、低密度アモルファス構造から高密度アモルファス構造への構造変化が、一連のパーコレーション転移を通して起こることを示す。圧力を82 GPaまで増大させると、臨界圧力で、頂点または辺を共有した四面体、五面体、最終的には八面体からなる一連の長距離（「無限」）パーコレーション・クラスターが現れ、これらが、それまでのより低い配位数の多面体とより低い連結性の「相」に取って代わる。この機構は、よく知られた3 Gpa付近の力学的異常のみならず、10 GPa以上での構造的不可逆性などといった他の特徴に自然な説明を与える。発見されたアモルファス構造の一部は、最近報告されたコーサイトIVおよびコーサイトVの結晶構造によく似ており、これは、シリカガラスの高密度化過程におけるSiO₅五面体系ポリアモルファス状態（非晶質多形）の重要な役割を浮き彫りにしている。今回の結果は、パーコレーション理論によって、アモルファス–アモルファス転移の性質と経路を理解するロバストな枠組みが得られることを示すとともに、未解明のアモルファス固体状態や関連する液体相の予測へ向けて新たな道を開くものである。

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