ガラスのエイジングでMpemba様効果を発見(Glass Aging Shows Surprising Mpemba-Like Effect)

2026-05-29 中国科学院(CAS)

中国科学院(CAS)寧波材料技術・工程研究所(NIMTE)の王俊強教授らは、ガラスの経年変化(エージング)において、高温状態から始めた試料の方が低温状態から始めた試料よりも速く平衡状態へ近づく「ムペンバ効果類似現象」を発見した。この現象は、本来「熱い水が冷たい水より速く凍る」というムペンバ効果に由来するもので、そのメカニズムは長年議論されてきた。研究チームは高精度・高速ナノカロリメトリーを用い、金属ガラス、高分子ガラス、分子性ガラスの3種類を調査した結果、初期エネルギーが高いガラスほど予想に反して速くエージングすることを確認した。従来理論では、エネルギーの高い状態ほど平衡到達に時間を要すると考えられていたため、この結果は既存のガラス緩和理論に再検討を迫るものである。解析の結果、二段階アニール時に低いエネルギー障壁を持つβ緩和が再活性化されることが加速的エージングの要因であることが判明した。また、ガラスの記憶効果として知られるコバックス効果との関連から、アニール温度の順序が結果に影響する「非可換性」も示された。本研究はガラスの熱処理やエネルギー制御技術の高度化につながる知見を提供する。

ガラスのエイジングでMpemba様効果を発見(Glass Aging Shows Surprising Mpemba-Like Effect)
The enthalpy relaxation processes of glasses (Image by NIMTE)

<関連情報>

ガラスの異常な老化速度論リラクゼーション Pealike Abnormal Aging Kinetics of Glasses Derived from Relaxation

Lijian Song, Meng Gao, Wei Xu, Juntao Huo, and Jun-Qiang Wang
Physical Review Letters  Published: 19 May, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/znc5-brc6

Abstract

It has been a long, interesting, and mysterious nonequilibrium phenomenon that hot water may freeze faster than warm water, which is known as Mpemba effect. Studying its physical origin and exploring new Mpembalike effects have attracted broad interests. Here, we report experimental evidence of a novel Mpembalike effect in the aging process of glasses: a glass with an initial higher energy state ages (enthalpy decreases) faster and surpasses the glass with an initial lower energy state. This phenomenon is universally observed in different types of structural glasses, including metallic, polymer, and molecular glasses. The underlying thermodynamic mechanism is also studied using high-precision nanocalorimetry. It is found that preannealing at a higher temperature is critical to triggering the faster aging kinetics of the Mpembalike effect. This is attributed to the activation of a secondary β relaxation peak with a substantially lower kinetic barrier than the primary α relaxation peak. Thus, besides the α relaxation, the β relaxation plays a pivotal role in the enthalpy aging process, which is very sensitive to the thermal history. These findings may have broad implications for optimizing the thermal treatment and relaxations of different types of glasses.

1701物理及び化学
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