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ガラスなどの無秩序配列素材の振動拡散理論

筑波大学の研究チームが、無秩序な材料を介した振動の広がりの理論モデルを構築しました。
研究は、素材の無秩序の程度が増すにつれ音の伝導が少なくなり非干渉的に拡散し始めるというものです。
電子デバイス落下時などのガラスの飛散防止や耐熱などの研究に役立つことが期待されます。

Tsukuba, Japan – A team of researchers lead by the University of Tsukuba have created a new theoretical model to understand the spread of vibrations through disordered materials, such as glass. They found that as the degree of disorder increased, sound waves traveled less and less like ballistic particles, and instead began diffusing incoherently. This work may lead to new heat- and shatter-resistant glass for smartphones and tablets.

参照元：https://www.tsukuba.ac.jp/en/research-news/20210108140100.html
– 筑波大学University of Tsukuba. Jan 08, 2021 –

筑波大学が率いる研究者チームは、ガラスなどの無秩序な材料を介した振動の広がりを理解するための新しい理論モデルを作成しました。

彼らは、無秩序の程度が増すにつれて、音波が弾道粒子のように伝わることが少なくなり、代わりに非干渉的に拡散し始めることを発見しました。

この作業は、スマートフォンやタブレット用の新しい耐熱性および飛散防止ガラスにつながる可能性があります。

材料の可能な振動モードを理解することは、その光学的、熱的、および機械的特性を制御するために重要です。

アモルファス材料を介した単一周波数の音の形での振動の伝播は、粒子であるかのように統一された方法で発生する可能性があります。

科学者はこれらの準粒子を「フォノン」と呼ぶのが好きです。

ただし、材料が乱れすぎると、この近似が崩れる可能性があり、さまざまな状況下でガラスの強度を予測する能力が制限されます。

現在、筑波大学が率いる科学者のチームは、実験データとよりよく一致してガラスで観察された振動を説明する新しい理論的枠組みを開発しました。

彼らは、振動を個々のフォノンとして考えることは、長波長の限界でのみ正当化されることを示しています。

より短い長さのスケールでは、無秩序は散乱の増加につながり、音波はコヒーレンスを失います。

著者の森達也教授は説明します。

「これらの励起は、フォノンの方向性のある運動ではなく、振動のインコヒーレントな拡散を表すため、「拡散」と呼ばれます。」

実際、低周波数の方程式は、流体の挙動を説明する流体力学の方程式のように見え始めます。

共著者のケンブリッジ大学のアレッシオ・ザッコーネ教授とマッテオ・バッジョリ教授は話します。

「私たちの研究は、この現象が音響フォノンに固有のものではなく、無秩序な物質内の他の種類の励起で発生する可能性のある一般的な現象を表しているという見解を支持しています」

今後の作業では、スマートデバイス用ガラスの耐久性を向上させるために、無秩序の影響を利用する可能性があります。

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