ガラスの「見えない秩序」がテラヘルツ帯の揺らぎを決める （気谷卓助教）
Science Tokyoニュース 2025年04月09日
ガラスは原子が無秩序に結びついた構造を持ちますが、X線や中性子線を用いると、わずかな周期構造が観測されます。東京科学大学（Science Tokyo）総合研究院フロンティア材料研究所の気谷卓助教と筑波大学、大阪大学、東京大学、立命館大学、および京都大学の研究グループは、この隠れた周期性（見えない秩序）が、ガラスの物性に影響を及ぼすテラヘルツ帯の揺らぎ（振動特性）を決定する重要な要因であることを明らかにしました。
ガラスは一見すると無秩序に結びついた原子の集合体ですが、X線や中性子線を用いて観察すると、わずかに周期的な構造「第一尖鋭回折ピーク（FSDP）」が観測されます。また、ガラスのテラヘルツ（THz）帯の振動として観測される「ボゾンピーク（BP）」は、低熱伝導性や機械的性質、THz光の吸収特性に影響を与えます。しかしながら、FSDPとBPとの関係は未解明でした。
本研究では、材料の弾性のばらつきを考慮する不均一弾性体理論により、BPの発生がFSDPと密接に関係することを見いだしました。また、理論が予測する最小の弾性不均一性とFSDPのスケールがほぼ一致し、FSDPがガラスのTHz帯振動特性を決定する重要な要因であることが示唆されました。
本研究成果は、ボゾンピークを制御した新たなガラス材料の開発につながると期待されます。
詳細は、Science Tokyoニュースをご覧ください。
【論文情報】
掲載誌 : Scientific Reports
論文タイトル: Relationship between the boson peak and first sharp diffraction peak in glasses
（ガラスにおけるボゾンピークと第一鋭回折ピークの関係）
著者 : D. Kyotani（筑波大学）、S. H. Oh（筑波大学）、 S. Kitani（東京科学大学）、Y. Fujii（大阪大学）、H. Hijiya（AGC株式会社）、H. Mizuno（東京大学）、S. Kohara（NIMS）、A. Koreeda（立命館大学）、A. Masuno（京都大学）、H. Kawaji（東京科学大学）、S. Kojima（筑波大学）、Y. Yamamoto（筑波大学）、and T. Mori（筑波大学）
DOI : 10.1038/s41598-025-94454-8
