ガラス材料に共通する普遍的老化メカニズムを解明(Scientists Unveil Universal Aging Mechanism in Glassy Materials)

2026-03-05 中国科学院(CAS)

中国科学院(CAS)理論物理研究所の研究チームは、ガラス状物質の「エージング(経時変化)」を説明する普遍的な理論メカニズムを提案した。物理学におけるガラスとは、結晶化せず非平衡状態のまま非常にゆっくり性質が変化する物質を指し、窓ガラス、プラスチック、金属ガラス、スピングラスなど多様な系に見られる。研究では、物質の状態とエネルギー障壁の分布を表す「エネルギーランドスケープ」に基づく一般化トラップモデル(GTM)を構築し、粒子集団がエネルギー障壁を越えて状態遷移することでエージングが進むことを示した。また、非平衡状態ではガラス転移温度より高温で「弱エルゴード性破れ」が生じると予測した。複数のモデル系で検証した結果、ガラス材料の時間相関関数が対数的に減衰する普遍法則が確認され、ガラス転移理論(RFOT)を支持する結果となった。この研究はガラス材料だけでなく、タンパク質ダイナミクスや深層学習など複雑系の理解にも応用可能とされる。

<関連情報>

スピンガラスと構造ガラスにおける普遍的活性化老化と弱いエルゴード性の破れ Universal activated aging and weak ergodicity breaking in spin and structural glasses

Bin Li, Deng Pan, Ting Qu, and Yuliang Jin
Science Advances  Published:27 Feb 2026

ガラス材料に共通する普遍的老化メカニズムを解明(Scientists Unveil Universal Aging Mechanism in Glassy Materials)

Abstract

Glasses have complex energy landscapes and exhibit nonequilibrium aging dynamics. Here, we propose a generalized trap model for activated aging based on a key static property of the energy landscape: the distribution of energy barriers. Our theory predicts that, upon cooling, weak ergodicity breaking (WEB) in quenching dynamics occurs before strong ergodicity breaking in equilibrium dynamics. Furthermore, the theory indicates that the characteristic size of activation clusters can be deduced from the logarithmic decay of the time-correlation function. We rigorously test the model’s assumptions and predictions using the simplest spin glass model, the random energy model. The predicted aging behavior is also universally observed in paradigmatic structural glasses, including the Weeks-Chandler-Andersen (WCA) model and amorphous silica. Applying our framework to the WCA model allows us to extract a static length from the nonequilibrium dynamics, extending its observable growth range from a mere factor of 2 to 3 to a full order of magnitude and providing supportive evidence for the random first-order transition scenario. Last, we propose a unified ergodic-WEB phase diagram for aging dynamics in general glassy systems.

0501セラミックス及び無機化学製品
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