東大、液体・液体転移を支配する秩序構造を発見―液体に階層的な構造が存在
2015年4月30日 16:43
東京大学の田中肇教授らの研究グループは、常圧下で液体・液体転移（※）を示す分子性液体の亜リン酸トリフェニルを用いて、液体・液体転移を支配する隠れた秩序構造を実験的に同定することに成功した。
単一成分の液体が複数の液体相を有し、その液体相間を一次転移する現象を液体・液体転移と言う。これまで、炭素や水で見られるように単一成分からなる物質であっても、複数の結晶相を持つ結晶多形を示すことはよく知られていたが、無秩序相である気体や液体には1つの相しか存在しないと考えられてきた。
今回の研究では、時分割小角・広角X線散乱法を用いて、転移の過渡的過程における構造変化を一分子スケールからメゾスコピックスケールに渡る範囲で追跡した。その結果、液体・液体転移の進行に伴って、数個程度の分子で構成されるクラスターの数密度が急激に増加し、その変化が理論的に予測された秩序変数の時間発展方程式で記述できることが分かった。
また、このクラスターの協同的形成により駆動される秩序変数の空間揺らぎも観察され、田中肇教授らの研究グループが以前に行った位相差顕微鏡観察の結果とよく一致することが明らかになった。
これらの結果から、このクラスターが液体・液体転移を支配する隠れた構造ユニット（局所安定構造と命名）であり、分子性液体における液体・液体転移の存在が明確な形で示された。
今後は、本研究成果が、これまで乱雑かつ均質と考えられてき液体相に対する新たな視点を提供し、より深い理解をもたらすものと期待される。
なお、この内容は「PNAS」に掲載された。論文タイトルは、「Microscopic identification of the order parameter governing liquid-liquid transition in a molecular liquid」。
※液体・液体転移：単一成分からなる物質が二つ以上の液体状態を持つとき、温度や圧力の変化によって誘起される液体間の相転移現象を液体・液体転移という。