Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ガラス的なダイナミクス / スピングラス / エイジング現象 / 液滴描像 / ゼロ磁場冷却磁化 / 記憶効果 / カオス効果 / モンテカルロ法 / 液滴理論 / 熱活性化過程 / 臨界緩和 / 温度シフト過程 / メモリー効果 / 磁場シフト過程

ランダムスピン系や通常ガラスなどが示す、平衡状態へ向かうきわめて遅い緩和過程-ガラス的なダイナミクス-を解明する目的でスピングラス(SG)を取り上げ、短距離相互作用型(EA)SG模型におけるエイジング現象を様々な側面からモンテカルロ法によるシミュレーションで解析し、以下の成果を得た。すなわち、SG模型におけるエイジング現象が、系を急冷した後にSG秩序(ドメイン)が熱活性化過程によって成長していくという描像(液滴描像)がよく当てはまることを示し、特に、急冷後時間twを経た時に観測される諸物理量が、その時点までに成長したSGドメインサイズR(tw)と、twあたりで時間スケールtで生じる液滴励起のサイズL(t)を用いたスケーリング表式でよく記述されることを明らかにした。具体的な現象に関する得られた成果を以下に列記する。1)ゼロ磁場下で低温まで急冷してから磁場を加え、徐々に温度を上げていくとき観測される(ゼロ磁場冷却)磁化のシミュレーションを行い、温度変化があってもR(tw)は累加的に成長すること(記憶効果)を見出した。その成長則を、時間スケールが10桁以上異なる現実のSGに対する実験結果に適用したところ、R(tw)を変数としてプロットしたすべての磁化のデータが一つのユニパーサル関数に載ることを検証した。このようなシミュレーションと実験との直接的な一致はエイジング現象の研究においては初めてのものである。2)4次元イジング模型の等温エイジング過程を詳細に調べ、R(tw)の成長則や、ゼロ磁場冷却磁化の時間発展が、液滴理論が予言する通りであることを初めて検証するとともに、R(tw)とL(t)が同程度になる時間領域において、液滴励起エネルギーが異常に小さくなることを見出し、これが、実験で観測されている、ゼロ磁場冷却磁化と磁場中冷却磁化の違いを与えることを示した。3)交流磁化率を通して3次元イジングSG模型の温度シフト過程を調べ、諸物理量に対するR(w),L(t)によるスケーリング表式を検証するとともに、カオス効果(または若返り効果)の前兆と考えられる現象を3次元系のシミュレーションで初めて見出した。

スピングラス / エイジング現象 / EA模型 / モンテカルロ・シミュレーション / ドメイン成長 / 液滴描像 / 記憶効果 / 若返り効果 / 平均場描像 / ドメイン壁

スピングラス(SG)秩序相におけるエイジング現象―転移温度T_C以下に急冷された後に系が示す、平衡状態へ向かう緩和過程―に関して、3,4次元イジングEA模型に対して大規模なモンテカルロ・シミュレーションによる解析を行ない、以下の成果を得た。
系をT_C以下の温度Tに急冷した後、温度Tの平衡状態に系が緩和する過程(等温エイジング過程)に対して、スピン自己相関関数や相互作用エネルギー等種々の物理量の時間発展を調べ、この過程は、局所的なSG平衡状態にあるドメインが、熱活性化過程の反転によって時間の経過とともに成長していく過程であること、その詳細が、液滴描像から導かれるドメインサイズを用いたスケーリング表式でよく記述されることを明らかにした。
温度T_1での等温エイジングにおいて待ち時間t_<W1>後に系の温度をT_2にシフトした以降のT_2における緩和過程(温度シフト過程)を詳しく解析した結果、そのエイジング過程は、シフト直前に温度T_1に対して局所平衡であったドメイン内の液滴励起が、温度シフト後にはそのサイズが小さいものから順次、温度T_2に対する局所平衡へ移行し(これを'準ドメイン'の成長と呼ぶ)、そのサイズがほぼ待ち時間t_<W1>でのドメインサイズに達した後は、系全体が温度T_2の平衡状態へ緩和する過程(ドメイン中の準ドメイン描像)として解釈できることを見い出した。この描像はドメインが、温度シフトがあっても連続的に成長することに基づいており、現実のSGで観測されている記憶効果をよく説明する。但し、実験で見られている温度シフト直後の若返り効果はシミュレーションでは再現されておらず、今後の課題として残された。

【研究分担者】
福島孝治	東京大学	物性研究所	助手	(Kakenデータベース)
藤堂眞治	東京大学	物性研究所	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
藤堂眞治	東京大学	物性研究所	助手	(Kakenデータベース)
福島孝治	東京大学	物性研究所	助手	(Kakenデータベース)