結晶のような新しいガラスの秩序状態を発見~対称性を破らずに結晶の性質をもつ「理想非結晶」を実現~

2026-02-13 東京大学

東京大学先端科学技術研究センターの田中肇名誉教授らは、結晶でも準結晶でもない新しいガラスの秩序状態「理想非結晶(Ideal Noncrystals)」を発見した。局所的パッキング能を秩序指標として最適化する数値手法により、対称性を破らず非周期的でありながら長距離構造相関をもつ状態を実現。理想非結晶ではボゾンピークが消失し、低周波振動はデバイ則に従い、弾性応答もアフィン的となるなど結晶的特性を示した。密度ゆらぎも抑制されハイパーユニフォーム状態に近づくことを確認。秩序=対称性の破れという従来概念を覆し、ガラス転移の本質理解や等方的高安定材料設計に新指針を与える成果で、論文は『Nature Materials』に掲載された。

結晶のような新しいガラスの秩序状態を発見~対称性を破らずに結晶の性質をもつ「理想非結晶」を実現~
粒子の詰まりやすさを表す、新しい秩序指標「局所的パッキング能」の最適化

<関連情報>

対称性が破れない秩序状態の明確な形態としての理想的な非結晶 Ideal non-crystals as a distinct form of ordered states without symmetry breaking

Xinyu Fan,Ding Xu,Jianhua Zhang,Hao Hu,Peng Tan,Ning Xu,Hajime Tanaka & Hua Tong
Nature Materials  Published:13 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-026-02496-8

Abstract

Order and disorder are central concepts in condensed-matter physics. Crystals break translational and rotational symmetries, whereas quasicrystals challenge this paradigm with forbidden rotational symmetries and aperiodicity. Here we report a distinct ordered state—ideal non-crystals—characterized by optimal steric order without symmetry breaking. Steric optimization yields ideal non-crystals as a thermodynamically favoured limiting state, accompanied by maximal steric order that may serve as a true order parameter for the glass transition. Despite their apparent disorder, they exhibit long-range orientational correlations, quantified via a specific path-integral-like approach. Ideal non-crystals possess distinct properties, including Debye-like phononic modes, affine elasticity, thermodynamic ultrastability and long-wavelength density uniformity, reminiscent of hyperuniformity. By uncovering a distinct form of entropy-driven ordering in sterically optimized materials, this work expands the landscape of ordered states and provides a framework for designing amorphous materials with crystal-like mechanical and thermal properties free from the anisotropy inherent in crystals.

1700応用理学一般
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